无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法

无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，包括如下步骤：移动汇聚节点以固定时间广播准备接收信息;在移动汇聚节点覆盖范围内的传感器节点收到准备接收信息后，若有数据需发送给移动汇聚节点，则发送请求分配信息；移动汇聚节点根据发送请求分配信息的传感器节点的位置和数据大小，比较自己的移动路线，按预定方法分配各传感器节点发送数据的时间，并返回排序信息；各传感器节点收到排序信息后，读出自己的发送数据时间和发送时间长度，并按分配的时间发送自己的数据；移动汇聚节点收到某个传感器节点的数据后，若正确接收，则返回正确接收的确认信息，本发明可提高整个网络数据传输的效率，节省数据传输的能耗。
【专利说明】无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网络【技术领域】，特别是涉及一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法。
【背景技术】
[0002]目前，无线传感网络广泛应用于环境监测、数据采集等领域中。对于大规模的无线传感网络(wireless sensor networks,WSN),各传感器节点(sensor)的数据除了通过多跳传输的方式传输到汇聚节点(sink)外,还可以通过汇聚节点以特定路线移动到各sensor附近进行接收的方式获得，如图1所示。在该网络中，sink移动到某个位置后，对自己所覆盖的范围内的sensor的数据进行接收，当sink走完整个网络时，也对网络中所有sensor的数据完成了接收。
[0003]该网络中，各sensor与sink之间进行数据传输时需完成媒体接入(media accesscontrol, MAC)，现有的接入控制方法主要包括静态接入方式和随机接入方式，比如时分复用多址接入(TDMA)、码分复用多址接入(CDMA)、载波侦听多址接入(CSMA)、冲突避免的多路访问(MACA)等，但这些方法中，无论是静态接入还是随机接入方式，都有一个重要的前提是sensor和sink是静止的，因此主要考虑的是对静止网络的数据传输的效率和延时，并未考虑网络对移动节点的数据传输的效率和延时。因此这些方法对具有移动性的sink进行移动数据接收的网络中，并不太适用。
[0004]由于针对静态的无线传感网络的多址接入方法没有考虑到网络节点的移动性问题，使得在节点之间进行数据传输时，认为节点之间的数据传播延时是固定的，当节点出现移动时，会造成节点数据传输时产生冲突或丢失，进而降低了网络数据传输的效率，造成资源的浪费。

【发明内容】

[0005]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，通过对汇聚节点接收自己周围的传感器节点排序后，按先后顺序接收它们的数据，以提高移动的汇聚节点与传感器节点之间多址接入的效率，提闻网络数据传输效率，提闻能量效率，进而提闻网络的性能。
[0006]为达上述及其它目的，本发明提出一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一，该移动汇聚节点以固定时间广播准备接收信息(RTR);
[0008]步骤二，在该移动汇聚节点覆盖范围内的传感器节点收到该准备接收信息(RTR)后，若有数据需要发送给该移动汇聚节点，则发送请求分配信息(RTA)；
[0009]步骤三，该移动汇聚节点收到该请求分配信息(RTA)后，根据发送该请求分配信息(RTA)的传感器节点的位置和数据大小，再比较自己的移动路线，按预定方法分配各传感器节点发送数据的时间，并返回排序信息；[0010]步骤四，各传感器节点收到该排序信息后，读出自己的发送数据时间和发送时间长度，并按分配的时间发送自己的数据；
[0011]步骤五，该移动汇聚节点收到某个传感器节点的数据后，若正确接收，则立即返回正确接收的确认信息(ACK)。
[0012]进一步地，于步骤三中，该移动汇聚节点收到多个请求分配信息(RTA)后对各传感器节点发送数据的时间和时长的预定分配方法包括如下步骤:
[0013]该移动汇聚节点于收到多个请求分配信息(RTA)后，读出各传感器节点的位置，并根据它们的位置和自己在准备接收信息RTR时间间隔内的移动轨迹，计算各传感器节点是否会在准备接收信息(RTR)时间间隔内超出与自己的最大通信距离，并将各传感器节点按是否会超出最大通信距离的特点分为会超出通信距离传感器节点集合(XI)和不会超出通信距离传感器节点集合(X2)两类；
[0014]该移动汇聚节点根据各传感器节点的位置，按垂直的方式映射到自己的移动轨迹上；
[0015]该移动汇聚节点按各传感器节点的分类和映射位置先为会超出通信距离传感器节点集合(XI)的传感器节点分配接收时间，再为不会超出通信距离传感器节点集合(X2)的传感器节点(sensor)分配接收时间。
[0016]进一步地，该移动汇聚节点对不会超出通信距离传感器节点集合(X2)的传感器节点分配接收时间的方法为:将该集合中的各传感器节点按垂直的方式映射到轨迹线上后，以该移动汇聚节点当前位置为原点，对处于轨迹前进方向后方的传感器节点先接收，对处于前进方向前方的传感器节点后接收。
[0017]进一步地，对映射到同一点的多个传感器节点，对处于前进方向后方的传感器节点，则以其实际位置与该移动汇聚节点当前位置的距离为标准，按距离从远到近先后接收各传感器节点的数据；对处于前进方向前方的传感器节点，则以其实际位置与该移动汇聚节点当前位置的距离为标准，按距离从近到远先后接收。
[0018]进一步地,该移动汇聚节点对会超出通信距离传感器节点集合(XI)的传感器节点分配接收时间的方法为:根据该集合内各传感器节点在移动轨迹上的映射位置，按映射位置与该移动汇聚节点的距离从远到近先后接收。
[0019]进一步地，该请求分配信息(RTA)包含传感器节点的数据类型、源节点ID、目的节点ID、位置信息、准备发送的数据大小。
[0020]进一步地，该排序信息包含各传感器节点、发送数据的时间、发送时间长度。
[0021]进一步地，该移动汇聚节点的移动轨迹根据移动路线、移动速率和准备接收信息(RTR)的时间间隔计算而得到。
[0022]进一步地，于步骤三中，若该移动汇聚节点在准备接收信息RTR时间内无法完全接收各请求分配信息(RTA)需要发送的数据时，则按各传感器节点的预约数据总量的比例分配各传感器节点的发送时间长度。
[0023]进一步地，于步骤四中，传感器节点发送好数据后，等待该移动汇聚节点返回的正确接收的确认信息(ACK)，若没有收到确认信息(ACK)，则等待下一轮移动汇聚节点发送的准备接收信息(RTR)才能再次发送。
[0024]与现有技术相比，本发明一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法在汇聚节点收到多个传感器节点的数据发送请求后，通过汇聚节点对各传感器节点进行合理排序，使得处于不利位置的各传感器节点能优先进行数据传输，且处于汇聚节点前方的传感器节点可以在比较合适的位置进行数据传输，先保证各传感器节点数据的顺利接收的同时提高了整个网络数据传输的效率，节省了数据传输的能耗。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1无线传感网络中汇聚节点移动接收网络数据示意图；
[0026]图2为本发明一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法的步骤流程图；
[0027]图3为本发明较佳实施例中汇聚节点(Sink)与传感器节点(sensor)的数据传输过程示意图；
[0028]图4为本发明较佳实施例中RTA帧结构示意图；
[0029]图5为本发明较佳实施例中ORDER帧结构示意图；
[0030]图6为本发明较佳实施例中汇聚节点收到多个请求分配信息RTA后对各传感器节点发送时间和时长的分配方法的步骤流程图；
[0031]图7为本发明较佳实施例中汇聚节点移动接收网络数据示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0033]图2为本发明一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法的步骤流程图，图3为本发明较佳实施例中汇聚节点(Sink)与传感器节点(sensor)的数据传输过程示意图。如图2及图3所示，本发明一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，在本发明较佳实施例中，汇聚节点以特定的路线在网络范围内移动，并以固定的时间间隔对自己信号覆盖范围内的传感器节点进行数据收集，该数据接收方法包括如下步骤:
[0034]步骤201，移动汇聚节点(sink)以固定时间广播准备接收信息RTR (Ready toReceive)。
[0035]步骤202,在该移动汇聚节点(sink)覆盖范围内传感器节点(sensor)收到该准备接收信息RTR后，若有数据需要发送给汇聚节点(sink),则发送请求分配信息RTA(Requestto Assign),该请求分配信息RTA包含传感器节点(sensor)的数据类型、源节点ID、目的节点ID、位置信息、准备发送的数据(DATA)大小等，如图4所示。
[0036]步骤203，移动汇聚节点(sink)收到请求分配信息RTA后，根据发送该请求分配信息RTA的各传感器(sensor)节点的位置和数据大小，再比较自己的移动路线，按预定方法合理分配各传感器节点(sensor)发送数据(DATA)的时间，并返回排序(ORDER)信息，排序信息(ORDER)中包含各传感器节点(sensor)、发送数据(DATA)的时间、发送时间长度等，如图5所示。[0037]步骤204，各传感器节点(sensor)收到排序信息(ORDER)后，读出自己的发送数据(DATA)时间和发送时间长度，并按该分配的时间发送自己的数据(DATA)。发送好数据(DATA)后，等待移动汇聚节点(sink)返回的正确接收的确认信息ACK。若没有收到ACK信息，则等待下一轮移动汇聚节点(sink)发送的RTR信息才能再次发送。
[0038]步骤205,移动汇聚节点(sink)收到某个传感器节点(sensor)的数据(DATA)后，若正确接收，则立即返回正确接收的确认信息ACK。
[0039]图6为本发明较佳实施例中汇聚节点收到多个请求分配信息RTA后对各传感器节点发送时间和时长的分配方法的步骤流程图。在步骤203中，移动汇聚节点(sink)收到多个请求分配信息RTA后对各传感器节点发送数据的时间和时长的分配方法步骤如下:
[0040]步骤601，移动汇聚节点(sink)收到多个请求分配信息RTA后，读出各传感器节点(sensor)的位置，并根据它们的位置和自己在准备接收信息RTR时间间隔内的移动轨迹，计算各传感器节点(sensor)是否会在准备接收信息RTR时间间隔内超出与自己的最大通信距离，并将各传感器节点(sensor)按是否会超出最大通信距离的特点分为会超出通信距离传感器节点(sensor)集合XI和不会超出通信距离传感器节点(sensor)集合X2两类。
[0041]步骤602，移动汇聚节点(Sink)将传感器节点(sensor)分类后，再根据各传感器节点(sensor)的位置，按垂直的方式映射到自己的移动轨迹上。如图7所示，汇聚节点(sink)当前所在位置为0点,Ρ点为汇聚节点(sink)在该准备接收信息RTR时间间隔内的终点，因此0P为汇聚节点(sink)在该准备接收信息RTR时间间隔内的移动轨迹。汇聚节点(sink)直线上的五个点(A、B、C、D、E)分别为10个传感器节点(Al、Bl、Cl、Dl、El、A2、B2、C2、D2、E2)在轨迹线上的映射点。由于节点A1和A2超出了汇聚节点(sink)在P点的最大通信距离，因此集合 Xl= {Al、A2}，集合 X2= {Bl、Cl、Dl、El、B2、C2、D2、E2}。
[0042]移动汇聚节点(sink)的移动轨迹可根据移动路线、移动速率和准备接收信息RTR时间间隔计算而得到，尽管移动汇聚节点(sink)的移动轨迹一般为曲线，但考虑到准备接收信息RTR之间的时间较短，这里将移动轨迹近似为直线，如图7的0P线段。
[0043]移动汇聚节点(sink)完成各传感器节点(sensor)位置的分类和映射后，按各传感器节点(sensor)的分类和映射位置进行分配接收时间。
[0044]步骤603,移动汇聚节点(sink)完成各传感器节点(sensor)分类和映射后，按各传感器节点(sensor)的分类和映射位置先为XI的传感器节点(sensor)分配接收时间，再为X2的传感器节点(sensor)分配接收时间。
[0045]步骤603中，移动汇聚节点(sink)对X2的传感器节点(sensor)分配接收时间的方法为:将它们按垂直的方式映射到轨迹线上后，以移动汇聚节点(sink)当前位置为原点，对处于轨迹前进方向后方的传感器节点(sensor )先接收,对处于前进方向前方的传感器节点(sensor)后接收。对映射到同一点的多个传感器节点(sensor),对处于前进方向后方的传感器节点(sensor)，则以其实际位置与移动汇聚节点(sink)当前位置的距离为标准，按距离从远到近先后接收各传感器节点(sensor)的数据；对处于前进方向前方的传感器节点(sensor)，则以其实际位置与移动汇聚节点(sink)当前位置的距离为标准，按距离从近到远先后接收。如图7所示，X2集合中节点的接收顺序为(B1->B2->C2->C1->D2->D1->E2->E1)。
[0046]步骤603中，对XI的传感器节点(sensor),由于移动轨迹为直线，XI的传感器节点(sensor)的映射一般处于移动汇聚节点(sink)位置的后方，因此对这些传感器节点(sensor)分配接收时间的方法为:按它们在移动轨迹上的映射位置，按映射位置与移动汇聚节点(sink)的距离从远到近先后接收。如图7所示，X2集合中节点的接收顺序为(A1->A2)。
[0047]需说明的是，若移动汇聚节点(sink)在准备接收信息RTR时间内无法完全接收各请求分配信息RTA需要发送的数据时，则按各传感器节点(sensor)的预约数据总量的比例分配各传感器节点(sensor)的发送时间长度。
[0048]可见，对现有多址接入方法未考虑接入节点的移动性问题，容易造成移动汇聚节点(sink)在网络中移动来接收传感器节点(sensor)数据时，对接收处于不利位置传感器节点(sensor)的数据时,如处于移动汇聚节点(sink)后方的传感器节点(sensor),容易造成数据丢失或冲突的问题，本发明在移动汇聚节点(sink)收到多个传感器节点(sensor)的数据发送请求后，移动汇聚节点(sink)对各传感器节点(sensor)进行合理排序,首先按各传感器节点(sensor)的位置分布情况和自己的移动轨迹，将各传感器节点(sensor)分为是否超出最大通信距离两个集合，再将各传感器节点(sensor)按自己的移动轨迹进行垂直映射后，再分别对两个集合中各传感器节点(sensor)的先后传输时间进行合理分配，使得处于不利位置的各传感器节点(sensor)能优先进行数据传输，且处于移动汇聚节点(sink)前方的传感器节点(sensor)可以在比较合适的位置进行数据传输，先保证各传感器节点(sensor)数据的顺利接收的同时提高了整个网络数据传输的效率，节省了数据传输的能耗。
[0049]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，包括如下步骤:步骤一，该移动汇聚节点以固定时间广播准备接收信息(RTR);步骤二，在该移动汇聚节点覆盖范围内的传感器节点收到该准备接收信息(RTR)后，若有数据需要发送给该移动汇聚节点，则发送请求分配信息(RTA)；步骤三，该移动汇聚节点收到该请求分配信息(RTA)后，根据发送该请求分配信息(RTA)的传感器节点的位置和数据大小，再比较自己的移动路线，按预定方法分配各传感器节点发送数据的时间，并返回排序信息；步骤四，各传感器节点收到该排序信息后，读出自己的发送数据时间和发送时间长度，并按分配的时间发送自己的数据；步骤五，该移动汇聚节点收到某个传感器节点的数据后，若正确接收，则立即返回正确接收的确认信息(ACK)。
2.如权利要求1所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于，于步骤三中，该移动汇聚节点收到多个请求分配信息(RTA)后对各传感器节点发送数据的时间和时长的预定分配方法包括如下步骤:该移动汇聚节点于收到多个请求分配信息(RTA)后，读出各传感器节点的位置，并根据它们的位置和自己在准备接收信息RTR时间间隔内的移动轨迹，计算各传感器节点是否会在准备接收信息(RTR)时间间隔内超出与自己的最大通信距离，并将各传感器节点按是否会超出最大通信距离的特点分为会超出通信距离传感器节点集合(XI)和不会超出通信距离传感器节点集合(X2)两类；该移动汇聚节点根据各传感器节点的位置，按垂直的方式映射到自己的移动轨迹上；该移动汇聚节点按各传感器节点的分类和映射位置先为会超出通信距离传感器节点集合(XI)的传感器节点分配接收时间，再为不会超出通信距离传感器节点集合(X2)的传感器节点(sensor)分配接收时间。
3.如权利要求2所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于，该移动汇聚节点对不会超出通信距离传感器节点集合(X2)的传感器节点分配接收时间的方法为:将该集合中的各传感器节点按垂直的方式映射到轨迹线上后，以该移动汇聚节点当前位置为原点，对处于轨迹前进方向后方的传感器节点先接收，对处于前进方向前方的传感器节点后接收。
4.如权利要求3所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:对映射到同一点的多个传感器节点，对处于前进方向后方的传感器节点，则以其实际位置与该移动汇聚节点当前位置的距离为标准，按距离从远到近先后接收各传感器节点的数据；对处于前进方向前方的传感器节点，则以其实际位置与该移动汇聚节点当前位置的距离为标准，按距离从近到远先后接收。
5.如权利要求2所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在 于，该移动汇聚节点对会超出通信距离传感器节点集合(XI)的传感器节点分配接收时间的方法为:根据该集合内各传感器节点在移动轨迹上的映射位置，按映射位置与该移动汇聚节点的距离从远到近先后接收。
6.如权利要求2所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:该请求分配信息(RTA)包含传感器节点的数据类型、源节点ID、目的节点ID、位置信息、准备发送的数据大小。
7.如权利要求6所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:该排序信息包含各传感器节点、发送数据的时间、发送时间长度。
8.如权利要求7所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:该移动汇聚节点的移动轨迹根据移动路线、移动速率和准备接收信息(RTR)的时间间隔计算而得到。
9.如权利要求2所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:于步骤三中，若该移动汇聚节点在准备接收信息RTR时间内无法完全接收各请求分配信息(RTA)需要发送的数据时，则按各传感器节点的预约数据总量的比例分配各传感器节点的发送时间长度。
10.如权利要求2所述的一种无线传感网络中移动汇聚节点对普通节点的数据接收方法，其特征在于:于步骤四中，传感器节点发送好数据后，等待该移动汇聚节点返回的正确接收的确认信息(ACK)，若没有收到确认信息(ACK)，则等待下一轮移动汇聚节点发送的准备接收信息(RTR)才能再次发送。
【文档编号】H04W40/02GK103634879SQ201310694783
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】范光宇 申请人:上海电机学院