基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法
【专利摘要】基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法，涉及无线传感器网络移动数据收集方法，首先建立分扇的多层网络模型，然后基于移动数据收集装置完成一次数据收集后，监测区域内各环任意节点能耗相同的能量平衡最优目标，得到移动数据收集装置的运行路径，进一步通过对移动数据收集过程中网络内节点进行冗余融合控制，使得在实现能量平衡的同时，提高了网络的寿命，更进一步降低了网络的能耗。
【专利说明】基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络移动数据收集方法，具体涉及一种基于冗余节点融合 的能量平衡多轨道移动数据收集方法。
【背景技术】
[0002] 静态无线传感器网络中，节点被随机的部署在监测区域，受限于节点的通信半径， 传感器节点采集的数据通常以一跳或者多跳的方式发送至静态的sink节点或者基站。这 就造成了网络能耗不平衡的问题，sink附近的点由于过高的数据中继而很快的耗尽能量， 造成能量空洞导致网络坏死。
[0003] 与静态网络不同，近些年一些基于移动元素的方案频频被提出，其核心思想是，使 用移动数据收集装置在监测区域内部或者外围游动，以此来收集数据。研究表明，在无线传 感器网络中引入移动元素可以显著提高数据收集效率。随机移动的数据收集装置难以保证 网络的连通性，也带来了新的传感器节点能耗不平衡问题。因此可控的移动数据收集应运 而生，采用特定的方法规划数据收集装置的运行轨迹来解决网络的各方面问题。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法，目的在于通 过对无线传感器网络中冗余节点进行融合以提供网络的寿命，并进一步降低网络能耗。
[0005] 为实现上述目的，本专利的发明人基于可控思想设计了一种基于移动数据收集装 置的能量平衡的多轨道无线传感器网络移动数据收集方法，既保证了移动数据收集装置的 受控性，也实现了网络中各节点能耗的均衡性。在此收集方法的基础上，本专利发明人进一 步对上述方法中网络内的传感器节点进行冗余融合，得到了一种冗余节点融合的能量平衡 多轨道移动数据收集方法，从而提高了网络的寿命，也更进一步降低了网络能耗。
[0006] 本发明的技术方案为：基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法 为： (1 )、建立分扇的多层网络模型 以正m边形为二维监测区域，监测区域依照节点通信半径r被划分为/7环，离监测区域 中心最近的环为环，每环的宽度为办，监测区域以正m边形的中心为顶点被平均分成m 个扇区，传感器节点被随机均匀部署在整个监测区域中； (2)、移动数据收集装置MS按照I1T￡S = )的运行路径在监测区域的各 个环中进行数据收集；其中，&为MS在环^内运行的圈数； 所述= (·υν~:，…X:)通过如下步骤犹得： ① 、建立能量平衡函数
【权利要求】
1.基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法，其特征在于： (1 )、建立分扇的多层网络模型 以正m边形为二维监测区域，监测区域依照节点通信半径r被划分为/7环，离监测区域 中心最近的环为》i环，每环的宽度为办，监测区域以正m边形的中心为顶点被平均分成m 个扇区，传感器节点被随机均匀部署在整个监测区域中； (2) 、移动数据收集装置MS按照= -X:)的运行路径在监测区域的各 个环中进行数据收集；其中，&为MS在环内运行的圈数； 所述2kg =(XR:.T,^yX:)通过如下步骤获得： ① 、建立能量平衡函数
，式中，N代表监 测区域内节点的总个数，代表MS按照= 的运行路径完成一个 数据收集周期后，位于环G内单位节点的总能耗；其中，
，式中，\为MS在环&内运行的圈数，％为MS在环&内运行一周，环内节点的平均能 耗； ② 、在满足能量平衡最优值 的情况下，由
通过线性规划得到MS每环运行圈数χ:, χ:.· · · 的最优
③ 、当步骤②得到的Λ?:的解为非整数值时，取最接近χ:的整数值作为MS在 各环内运行的圈数，从而得到能量平衡的MS的运行路径31TS. = ; (3) 、MS按照2：5:JT5. = (Χ·ΧΚ七….Τ:)的运行路径在监测区域的各个环中进行数据收 集的过程中，按照下述方法对监测区域内各节点进行控制： ①、确定监测基数Φ,监测基数为达到用户需要或者覆盖需要的最小节点数，当节点 数目大于监测基数Φ时判定为冗余，冗余倍数为节点数目与监测基数Φ的比值； ② 、根据冗余倍数Wg计算出监测区域内当前扇区各环的节点数目为
，其中，为/扇区第/环的节点数目； ③ 、将监测区域内/扇区第/环这一分层均匀划分为2/-1_个网格，划分方法为：将/ 扇区第/环所在的梯形区域的上、下两底分别均分为2/-H分，然后连接上、下两底的均分 点，即成为网格； ④ 、在每个网格内的X Φ J:个节点中，按照I? = 1的概率选取格头节点作为 通信节点，其他节点睡眠；选取方法为：每个网格内的节点随机产生0-1之间的值，并与阈 值比较，如果生成值小于阈值则被选中为格头节点，格头节点随后向网格内的其他节 点广播选中消息，其他节点接到消息后进入睡眠状态，网络的监测任务由格头节点执行，当 选过格头的节点不再被选中，直到所有节点都当选过格头节点后，进入下一轮选取； 所述阈值
，式中，左为OH ? 之间的整数， 即为轮数，^为当选过格头节点的集合。
【文档编号】H04W52/02GK104053221SQ201410240549
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】郑国强, 李济顺, 祁志娟, 付磊, 孙亚茹, 冀保峰, 马华红, 亢丙午, 吴景艳, 徐素莉 申请人:河南科技大学