[發(fā)明專利]應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點內(nèi)存資源共享的移動Sink數(shù)據(jù)采集方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410455897.7
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104202772A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱川;王瑤;韓光潔;張慧;武帥
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W28/10;H04W84/18;H04W40/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，具體地本發(fā)明涉及一種在K跳生成樹拓撲基礎(chǔ)上的節(jié)點間內(nèi)存資源共享，進行局部數(shù)據(jù)采集，并將其應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動Sink數(shù)據(jù)采集方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在許多應(yīng)用中都發(fā)揮重要的作用，如常規(guī)數(shù)據(jù)采集、遠程惡意位置監(jiān)測、應(yīng)急響應(yīng)等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域中的大量微型廉價的傳感器節(jié)點構(gòu)成，這些節(jié)點通常都是電池供電且內(nèi)存資源有限。實際應(yīng)用中，替換電池通常是不經(jīng)濟也是不可操作的。有限的存儲空間限制了節(jié)點可存儲的感知數(shù)據(jù)的數(shù)目。因此，網(wǎng)絡(luò)壽命和緩存溢出是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時的兩個重要的參數(shù)。

典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，靜態(tài)Sink節(jié)點位于網(wǎng)絡(luò)中心，節(jié)點通過多跳方式向Sink上傳感知數(shù)據(jù)。節(jié)點不但要將自己的數(shù)據(jù)包發(fā)送給Sink，還要負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包。因此，靠近Sink的傳感器節(jié)點由于較大的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，能量消耗比距離Sink較遠的節(jié)點能量消耗快得多，這就是所謂的熱區(qū)問題。熱區(qū)問題導(dǎo)致Sink節(jié)點孤立于網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點之外，使網(wǎng)絡(luò)性能下降。

許多研究者提出利用移動Sink解決傳感器網(wǎng)絡(luò)中的熱區(qū)問題并提高數(shù)據(jù)采集有效性。Po-Liang?Lin和Ren-Song?Ko在2012年的《International?Journal?of?Distributed?Sensor?Networks》上發(fā)表文章“An?Efficient?Data-Gathering?Scheme?for?Heterogeneous?Sensor?Networks?via?Mobile?Sinks”，通過TDD算法、分配算法和路徑規(guī)劃，使得節(jié)點的內(nèi)存溢出在給定時間內(nèi)最小。基于TDD算法完成網(wǎng)絡(luò)的分簇，選出簇頭和簇內(nèi)節(jié)點(DH和DM)。節(jié)點i計算T_elk[i]，每個節(jié)點維護一個時鐘并從T_elk[i]倒計時，在時鐘計時結(jié)束之前，如果沒有收到來自鄰居節(jié)點的DH廣播消息，則自己向周圍節(jié)點廣播DH包，收到該廣播包的節(jié)點選擇內(nèi)存溢出時間最小的簇頭加入該簇，并返回一個聲明自己為DM的包給簇頭。為了延長DH節(jié)點的內(nèi)存溢出時間，進一步提出分配算法。通過選擇出數(shù)據(jù)采樣率最大的前k個成員節(jié)點分擔(dān)DH采集到的數(shù)據(jù)，延長簇的內(nèi)存溢出時間。通過DMWFS算法或者DTSP算法對移動Sink的移動路徑進行規(guī)劃。該算法從節(jié)點緩存溢出的角度對引入移動Sink解決網(wǎng)絡(luò)熱點問題進行算法設(shè)計，將網(wǎng)絡(luò)分成一跳的簇，由移動Sink遍歷所有DH進行數(shù)據(jù)采集；當(dāng)移動軌跡確定時，均衡了內(nèi)存溢出時間和移動距離兩個因素選擇權(quán)值最小的DH作為下一目標(biāo)位置。優(yōu)點是，可以有效地減少因節(jié)點緩存溢出帶來的數(shù)據(jù)包的丟失；但是不適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，因為遍歷一跳簇頭進行數(shù)據(jù)采集對于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)會造成數(shù)據(jù)傳輸延時，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)包溢出內(nèi)存。

Xu?Li等人2012年在《IEEE?JOURNAL?ON?SELECTED?AREAS?IN?COMMUNICATIONS》上提出“Localized?Geographic?Routing?to?a?Mobile?Sink?with?Guaranteed?Delivery?in?Sensor?Networks”算法，提出一種完整的定位服務(wù)路由協(xié)議ILSR機制(Integrated?Location?Service?and?Routing)。在一個連通的網(wǎng)絡(luò)中，Sink以較低的速度緩慢移動進行數(shù)據(jù)收集，移動過程中始終保持與至少一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間保持連通。通過對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)送的HELLO包的偵聽，Sink可以獲知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的位置信息。當(dāng)Sink發(fā)現(xiàn)某條新鏈路，或者發(fā)現(xiàn)某條即將或已經(jīng)斷裂的鏈路(由Sink的移動造成的)，通過在網(wǎng)絡(luò)中廣播flooding?type和routing?type兩種類型的數(shù)據(jù)包，向網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點發(fā)布自己新的位置信息。節(jié)點通過維護變化緩慢的與Sink通信的下一跳節(jié)點而不是Sink的精確的位置信息的改變，有效的減少位置更新消息在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，減少了能量開銷；此外，由于位置更新消息帶來的開銷問題，文章通過LC機制，控制更新消息在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)范圍，有效地控制了能量的過大開銷問題。缺點是，雖然HELLO包不大，但HELLO消息的不斷傳播帶來的能量消耗累積會隨著時間變大。