基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法
2023-09-21 03:10:25
基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法
【專利摘要】基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法，涉及無線傳感器網絡移動數據收集方法，首先建立分扇的多層網絡模型，然後基於移動數據收集裝置完成一次數據收集後，監測區域內各環任意節點能耗相同的能量平衡最優目標，得到移動數據收集裝置的運行路徑，進一步通過對移動數據收集過程中網絡內節點進行冗餘融合控制，使得在實現能量平衡的同時，提高了網絡的壽命，更進一步降低了網絡的能耗。
【專利說明】基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線傳感器網絡移動數據收集方法，具體涉及一種基於冗餘節點融合 的能量平衡多軌道移動數據收集方法。
【背景技術】
[0002] 靜態無線傳感器網絡中，節點被隨機的部署在監測區域，受限於節點的通信半徑， 傳感器節點採集的數據通常以一跳或者多跳的方式發送至靜態的sink節點或者基站。這 就造成了網絡能耗不平衡的問題，sink附近的點由於過高的數據中繼而很快的耗盡能量， 造成能量空洞導致網絡壞死。
[0003] 與靜態網絡不同，近些年一些基於移動元素的方案頻頻被提出，其核心思想是，使 用移動數據收集裝置在監測區域內部或者外圍遊動，以此來收集數據。研究表明，在無線傳 感器網絡中引入移動元素可以顯著提高數據收集效率。隨機移動的數據收集裝置難以保證 網絡的連通性，也帶來了新的傳感器節點能耗不平衡問題。因此可控的移動數據收集應運 而生，採用特定的方法規劃數據收集裝置的運行軌跡來解決網絡的各方面問題。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法，目的在於通 過對無線傳感器網絡中冗餘節點進行融合以提供網絡的壽命，並進一步降低網絡能耗。
[0005] 為實現上述目的，本專利的發明人基於可控思想設計了一種基於移動數據收集裝 置的能量平衡的多軌道無線傳感器網絡移動數據收集方法，既保證了移動數據收集裝置的 受控性，也實現了網絡中各節點能耗的均衡性。在此收集方法的基礎上，本專利發明人進一 步對上述方法中網絡內的傳感器節點進行冗餘融合，得到了一種冗餘節點融合的能量平衡 多軌道移動數據收集方法，從而提高了網絡的壽命，也更進一步降低了網絡能耗。
[0006] 本發明的技術方案為：基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法 為： (1 )、建立分扇的多層網絡模型 以正m邊形為二維監測區域，監測區域依照節點通信半徑r被劃分為/7環，離監測區域 中心最近的環為環，每環的寬度為辦，監測區域以正m邊形的中心為頂點被平均分成m 個扇區，傳感器節點被隨機均勻部署在整個監測區域中； (2)、移動數據收集裝置MS按照I1T￡S = )的運行路徑在監測區域的各 個環中進行數據收集；其中，&為MS在環^內運行的圈數； 所述= (·υν~:，…X:)通過如下步驟猶得： ① 、建立能量平衡函數
【權利要求】
1.基於冗餘節點融合的能量平衡多軌道移動數據收集方法，其特徵在於： (1 )、建立分扇的多層網絡模型 以正m邊形為二維監測區域，監測區域依照節點通信半徑r被劃分為/7環，離監測區域 中心最近的環為》i環，每環的寬度為辦，監測區域以正m邊形的中心為頂點被平均分成m 個扇區，傳感器節點被隨機均勻部署在整個監測區域中； (2) 、移動數據收集裝置MS按照= -X:)的運行路徑在監測區域的各 個環中進行數據收集；其中，&為MS在環內運行的圈數； 所述2kg =(XR:.T,^yX:)通過如下步驟獲得： ① 、建立能量平衡函數
，式中，N代表監 測區域內節點的總個數，代表MS按照= 的運行路徑完成一個 數據收集周期後，位於環G內單位節點的總能耗；其中，
，式中，\為MS在環&內運行的圈數，％為MS在環&內運行一周，環內節點的平均能 耗； ② 、在滿足能量平衡最優值 的情況下，由
通過線性規劃得到MS每環運行圈數χ:, χ:.· · · 的最優
③ 、當步驟②得到的Λ?:的解為非整數值時，取最接近χ:的整數值作為MS在 各環內運行的圈數，從而得到能量平衡的MS的運行路徑31TS. = ; (3) 、MS按照2：5:JT5. = (Χ·ΧΚ七….Τ:)的運行路徑在監測區域的各個環中進行數據收 集的過程中，按照下述方法對監測區域內各節點進行控制： ①、確定監測基數Φ,監測基數為達到用戶需要或者覆蓋需要的最小節點數，當節點 數目大於監測基數Φ時判定為冗餘，冗餘倍數為節點數目與監測基數Φ的比值； ② 、根據冗餘倍數Wg計算出監測區域內當前扇區各環的節點數目為
，其中，為/扇區第/環的節點數目； ③ 、將監測區域內/扇區第/環這一分層均勻劃分為2/-1_個網格，劃分方法為：將/ 扇區第/環所在的梯形區域的上、下兩底分別均分為2/-H分，然後連接上、下兩底的均分 點，即成為網格； ④ 、在每個網格內的X Φ J:個節點中，按照I? = 1的概率選取格頭節點作為 通信節點，其他節點睡眠；選取方法為：每個網格內的節點隨機產生0-1之間的值，並與閾 值比較，如果生成值小於閾值則被選中為格頭節點，格頭節點隨後向網格內的其他節 點廣播選中消息，其他節點接到消息後進入睡眠狀態，網絡的監測任務由格頭節點執行，當 選過格頭的節點不再被選中，直到所有節點都當選過格頭節點後，進入下一輪選取； 所述閾值
，式中，左為OH ? 之間的整數， 即為輪數，^為當選過格頭節點的集合。
【文檔編號】H04W52/02GK104053221SQ201410240549
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】鄭國強, 李濟順, 祁志娟, 付磊, 孫亞茹, 冀保峰, 馬華紅, 亢丙午, 吳景豔, 徐素莉 申請人:河南科技大學