[發明專利]一種高可用無線傳感器網絡移動數據收集方法

有效

• 申請號: 201710342141.5
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107105467B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 朱川;全康寧;韓光潔;龍霄漢;卞李浩
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04L12/703;H04L12/24;H04L12/26;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種高可用無線傳感器網絡移動數據收集方法，方法包括：移動Sink根據移動軌跡周圍節點的能耗信息，調整其移動軌跡和移動速度；移動Sink之間互相監聽健康狀態，當有移動Sink發生故障時，健康移動Sink廣播調整網絡拓撲，當故障移動Sink修復完成后，恢復網絡拓撲；部署在網絡區域的傳感器節點，計算移動Sink節點在網絡中的坐標信息，并選擇位于駐留點且距離自身最近的健康移動Sink進行數據包的路由。本發明中移動Sink在駐留點時無需廣播當前位置，降低了通信開銷；對移動軌跡進行適時調整，均衡了網絡能量消耗；在部分移動Sink出現故障后網絡仍能正常工作，延長了網絡生命，具有較強實際意義。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡數據收集技術領域，具體涉及一種高可用無線傳感器網絡移動數據收集方法。

背景技術

隨著微機電系統、片上系統、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展，無線傳感器網絡(WSN，Wireless Sensor Networks)的應用日趨廣泛，其中數據收集為其基礎應用之一。人們在相關區域部署大量傳感器節點，通過傳感器節點對周圍環境的監測以獲取所需要的數據，如溫度、濕度、圖像、聲音、視頻等。在傳感器網絡中部署的節點通常情況下不具備移動性，傳統的Sink位置固定的數據收集方法，存在有熱區問題、通信開銷大、漏斗效應等限制，無法很好地滿足應用需求。因此，在實現應用需求，收集足夠數據的同時，實現網絡的能量高效、均衡，延長網絡生命周期成為了一個十分重要的數據收集方法設計問題。

如今，無線傳感器網絡相關領域通過對采用移動Sink乃至多移動Sink進行數據收集來平衡能耗、延長網絡壽命的相關研究也取得了一定的進展。Jae-Wan Kim等人在2010年的《IEEE Transactions on Consumer Electronics》發表的論文“An Intelligent Agent-Based Routing Structure for Mobile Sinks in WSNs”，該算法中移動Sink利用代理節點進行數據收集，首先Sink選擇距離自身最近的節點定位代理節點，通過代理節點將查詢信息以洪泛的方式在全網進行廣播，節點將數據上傳到代理節點后移動Sink即能實現數據收集。同時，Sink在移動過程中會不斷進行代理節點的選擇，為防止多次更新代理節點后數據的傳輸路徑不是最優，算法還通過初始路徑與新路徑的長度比較來進行傳輸路徑的更新。該算法保證了數據傳輸的路徑始終相對較短，然而，代理節點處工作負擔較大，易出現熱區問題，代理節點在進行路徑選擇時僅考慮到距離的遠近，沒有考慮到路徑中節點能量的限制。

Miao Zhao等人在2015年的《IEEE Transactions on Mobile Computing》發表的論文“Mobile Data Gathering with Load Balanced Clustering and Dual DataUploading in Wireless Sensor Networks”，提出LBC-DDU算法，該算法將無線傳感器網絡分為感知層、簇頭層和SenCar(移動數據收集器)層，首先將網絡中的傳感器節點進行分簇操作，并在每個簇之中基于節點剩余能量選取出兩個簇頭，簇內兩簇頭之間通過信標信息進行時鐘同步，之后通過對已在網絡中預先設置的輪詢點進行選擇，找到SenCar訪問每個簇進行數據收集的最佳路徑，最后SenCar通過采用MU-MIMO的上行傳輸系統同時對一個簇內兩個簇頭的進行數據收集。該算法給SenCar裝備兩根天線，使其能夠同時接受兩個簇頭的數據，減少了數據上傳的時間，但是采用兩根乃至多根天線帶來了成本大幅度的上升，同時對于輪詢點的選擇問題計算復雜度較高，時間代價較大。