[發明專利]無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201611213916.0
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106658539A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉文軍;何福男;羅穎;孫偉;朱東
• 申請（專利權）人: 蘇州工業職業技術學院
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W40/02;H04W40/12;H04W84/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 邵曉麗,胡晶

本發明公開了一種無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法，網絡中任意節點分布式執行，且任意節點到支配節點的路由跳數不超過中繼跳數k，包括：網絡初始化與ID分配；成員節點確定；重復上述步驟至多k次，完成第一輪節點狀態確定；支配節點確定與消息傳播；重復上述步驟，完成第二輪節點狀態確定，直至網絡中所有狀態未確定的節點要么是MN，要么是DN；計算所述移動數據收集器的移動軌跡。本發明的無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法，網絡中節點到支配節點的跳數不超過k，降低了數據收集的延遲，通過對支配節點負載和分布的有效調整，移動數據收集器的移動軌跡長度得到有效縮短，在延遲方面進一步提升。

技術領域

本發明涉及無線傳感器領域，特別涉及一種無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法。

背景技術

研究表明，在傳感器網絡中引入移動元素可以顯著提高網絡的能量效率、連通性和可靠性，并且能夠有效降低組網成本。如以能量為例，無線傳感器網絡固有的多對一通信模式使得距離基站近的節點負載比其他節點更重，容易遭受過早的能量耗盡。MDC在網內移動收集節點數據可以使網絡能量消耗更加均衡。此外，由于MDC可以和網內節點以單跳模式進行通信，不僅減少了信道的競爭和沖突，提高了通信質量，也在一定程度上避免了消息丟失情況的發生。

然而由于MDC通常具有較低的移動速度這一特征，移動元素的加入造成了數據收集延遲的顯著增加。這使得移動數據收集器需要花費數小時才能遍歷整個傳感區域中的節點。這樣一來，對延遲敏感(如監測類)應用施加了諸多不利影響。

針對該問題，當前出現了一種基于集結點(Rendezvous Point，RP)的解決方案，該類方法的主要思想是首先在網絡靜態節點中選出部分集結點，然后由MDC周期性訪問這些節點并收集其上緩存的數據，最后由MDC將數據發送給基站。該解決方案在數據傳輸中存在的一個問題是可能引起傳感節點到RP的中繼跳數不均衡，且最近出現的改進方法仍存在移動軌跡過錯等效率不夠高的問題。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提出一種無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法，針對帶有移動元素的無線傳感器網絡數據收集應用，為一種RP負載平衡的移動數據收集器(MDC)軌道規劃方法，實現MDC的移動軌跡長度盡可能短；網絡中節點到支配節點的跳數不超過k，降低了數據收集的延遲，通過對支配節點負載和分布的有效調整，移動數據收集器的移動軌跡長度得到有效縮短，意味著在延遲方面的進一步提升。

為解決上述技術問題，本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明提供一種無線傳感器網絡中移動數據收集器的移動路徑規劃方法，網絡中任意節點分布式執行，且任意節點到支配節點的路由跳數不超過中繼跳數k，其包括以下步驟：

S11：網絡初始化與ID分配

初始時，按照確定的節點通信范圍R，整個網絡構成通信拓撲G(V，E)，網絡中節點x的鄰居記為N(x)，按照節點距離移動數據收集器的初始位置π的距離大小為每個節點分配一個ID，距離所述移動數據收集器越遠的節點的ID越大，反之，則ID越小，所有節點的狀態均為狀態未確定，記為UN，

其中，V表示網絡中的所有節點集合，E表示通信范圍R內節點間存在的通信鏈路集合；

S12：成員節點確定

如果當前節點x的ID大于其所有鄰居N(x)的ID，則節點x變為成員節點，記為MN，并從原網絡中剪除，節點x記錄ID號最小的鄰居為其路由樹的父節點，記為i-PN；如果當前節點x與其所有鄰居N(x)構成完全圖，且x∪N(x)的ID比其所有鄰居N(x∪N(x))中節點的ID更大，則除了ID號最小的鄰居外均變為MN，節點x記錄ID號最小的鄰居為其路由樹的父節點，記為i-PN；

S13：重復步驟S11～S12至多k次，完成第一輪節點狀態確定，具體包括以下流程：