本发明涉及移动无线传感器网的研究与应用领域，具体涉及一种降低信息传递能耗的移动无线传感器调整方法。
背景技术：
如今，由于低设施依赖性、适应性、可扩展性等特点，无线传感器网络已经在很多应用领域中发挥着重要的作用，如智能交通、环境监测、医疗看护、军事等。在这些应用中，许多传感器节点被部署在目标环境中，在那里它们可以感知并收集环境信息。然后，传感器可以通过无线通信设备将其收集到的环境信息传递到环境外的接收器或基站中。通过无线传感器网络，研究人员或管理人员可以在不进入目标环境的情况下获取相关的环境信息。然而，这种工作方式也意味着无线传感器必须长时间在一个环境中工作而无法得到维护。由于无线传感器一般通过其自身携带的电池供电，如何使无线传感器有效地管理其有限的能量，以实现高效的信息采集和传递是无线传感器网络需要解决的一个关键问题。在无线传感器网络中，无线传感器的能量消耗主要包括信息采集(感知)和信息传递。相比之下，无线传感器信息采集所消耗的能量远远小于信息传递所消耗的能量。在无线传感器网络的早期发展阶段，无线传感器将他们收集到的信息直接(或通过卫星间接)发送给接收器或基站。这种类型的无线传感器网络称为非连接式无线传感器网络。在无线通信中，由于信息传递的能耗与信息传递距离的平方成正比，使得非连接式无线传感器网络中无线传感器信息传递的能量消耗巨大。为了降低无线传感器能耗，研究人员从不同角度提出了很多方法。一种方法是建立连接的无线传感器网络。在连接式无线传感器网络中，无线传感器利用相邻的无线传感器以多跳的方式将信息传递给接收器或基站。通过减少了每次信息传递距离的方式，节省了信息传递的能耗。比如近年来，人们提出基于中继器的方法。这些方法通过在无线传感器网络中的适当位置部署中继来减少无线传感器信息传递距离。中继器作为临时接收器或接收器，从附近的无线传感器收集信息并传输到环境外的接收器或基站。而上述方法主要是针对静态无线传感器网络，即无线传感器无法自主移动。为了提高无线传感器的适应性，人们通过将无线传感器固定在机器人等可移动设备上制造了移动无线传感器。在由移动无线传感器组成的网络中，传感器可以根据环境和其他传感器的状态变化动态地调整自己的部署位置。这使得移动无线传感器网络的适应性比静态无线传感器网络要高。此外，移动无线传感器网络的移动性和适应性也为传感器实现高效的能源管理提供了新的思路。然而，现有的移动无线传感器的研究主要集中在利用其移动性来实现传感器的自主寻路和组织等问题上，而忽略了用其降低信息传递能耗等问题。技术实现要素：针对上述尚没有解决的关键问题，本发明提出了一种减少信息传递能耗的移动无线传感器调整方法，目的是为移动无线传感器提供一种高效、可行的调整方法，从而能够降低移动无线传感器网络中传感器因信息传递的能耗。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种降低信息传递能耗的移动无线传感器调整方法包括以下步骤：步骤1、初始化参数；步骤2、根据相邻移动无线传感器位置和信息传递记录，计算移动无线传感器的节能位置；步骤3、根据相邻移动无线传感器位置，计算移动无线传感器的补偿位置；步骤4、根据步骤2和3计算的结果(节能位置和补偿位置)，计算移动无线传感器的最终调整位置，以达到减少信息传递能耗的目的。作为优选，所述的移动无线传感器网络中的所有移动无线传感器用s＝{s1,s2,…,sm}表示，其中si表示第i个移动无线传感器；一个移动无线传感器si∈s可以用si＝{id,loci,nseni,itri}表示，其中id表示si的编号，loci＝(xi,yi)表示si的当前部署位置，nseni＝{si1,si2,…,sin}表示所有与si相邻的移动无线传感器；一个移动无线传感器si∈s在一段时间内的信息传递记录可以用itri＝{itri1,itri2,…,itrin}中，其中，itrij＝<nid,aij>表示si与其第j个相邻移动无线传感器sij∈nseni的信息传递记录，其中，nid表示sij的编号，aij表示si与sij之间的信息传递总量，单位为字节(bytes)。作为优选，步骤1初始化参数的方法包括如下：步骤1-1、每个移动无线传感器si∈s，初始化其相邻移动无线传感器信息nseni；步骤1-2、每个移动无线传感器si∈s，初始化其与相邻移动无线传感器信息传递记录itri；作为优选，步骤1-1所述si初始化的相邻移动无线传感器信息用nseni＝{si1,si2,…,sin}表示；si主要记录每个相邻移动无线传感器sij的位置信息，即locij＝(xij,yij)。作为优选,步骤1-2所述si初始化的其与相邻移动无线传感器的信息传递记录用itri＝{itri1,itri2,…,itrin}表示；si主要记录与每个相邻移动无线传感器sij信息传递itrij的下列信息：相邻移动无线传感器编号nid和信息传递总量aij字节(bytes)。作为优选，步骤2所述移动无线传感器si节能位置的计算方法包括如下：步骤2-1、每个移动无线传感器si∈s，最小化其与相邻移动无线传感器之间的信息传递加权距离；步骤2-2、每个移动无线传感器si∈s，计算其节能位置；作为优选，步骤2-1所述最小化si与相邻移动无线传感器之间的信息传递加权距离；由于，移动无线传感器的信息传递能耗e与信息传递距离d的平方成正比，即e∝d2，si的节能位置应能最小化其与相邻移动无线传感器信息传递加权距离，即：其中，n为与si相邻的移动无线传感器数量，(xij,yij)为与si相邻的移动无线传感器sij位置，aij为si与相邻移动无线传感器sij的信息传递总量。作为优选，步骤2-2所述计算si的节能位置(x节能,y节能)；为找到obji,可使x节能和y节能的偏导数分别为0，即：可得到si的节能位置(x节能,y节能)为：作为优选，步骤3所述si的补偿位置计算方法包含如下：步骤3-1、每个移动无线传感器si∈s，根据其相邻移动无线传感器位置，计算补偿位置的方向；步骤3-2、每个移动无线传感器si∈s，根据其与相邻移动无线传感器的信息传递量，计算补偿距离；步骤3-3、每个移动无线传感器si∈s，根据补偿位置方向和补偿距离来计算其补偿位置。作为优选，步骤3-1所述的si补偿位置方向(x补偿方向,y补偿方向)的计算方法如下：其中，n为与si相邻的移动无线传感器数量，(xi,yi)为si的位置，(xij,yij)为si相邻移动无线传感器sij的位置。作为优选，步骤3-2所述的si补偿距离a补偿的计算方法如下：其中，β为调整补偿量的系数，n为与si相邻的移动无线传感器数量，aij为si与相邻移动无线传感器sij的信息传递总量。作为优选，步骤3-3所述的si补偿位置(x补偿,y补偿)的计算方法如下：作为优选，步骤4所述的si的最终调整位置(x调整,y调整)的计算方法如下：即：附图说明图1为本降低信息传递能耗的移动无线传感器调整方法的核心流程图；图2为移动无线传感网的目标值变化对比图；图3为移动无线传感网的面积变化对比图；具体实施方式下面结合附图，通过实例进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。如图1所示，一种降低信息传递能耗的移动无线传感器调整方法，其核心部分原理是：移动无线传感器网络中的节点，根据一段时间内的，每个移动无线传感器与其相邻的移动无线传感器之间信息传递的方向和传递量动态调整移动无线传感器的位置，以达到降低降低传感器间信息传递能耗的目的。本发明中移动无线传感器网络中所有的移动无线传感器用s＝{s1,s2,…,sm}表示，其中si表示第i个移动无线传感器；一个移动无线传感器si∈s可以用si＝{id,loci,nseni,itri}表示，其中id表示si的编号，loci＝(xi,yi)表示si的当前部署位置，nseni＝{si1,si2,…,sin}表示所有与si相邻的移动无线传感器；一个移动无线传感器si∈s在一段时间内的信息传递记录可以用itri＝{itri1,itri2,…,itrin}中，其中，itrij＝<nid,aij>表示si与其第j个相邻移动无线传感器sij∈nseni的信息传递记录，其中，nid表示sij的编号，aij表示si与sij之间的信息传递总量，单位为字节(bytes)。移动无线传感器调整的具体流程包括：第一步：每一个统计时刻，移动无线传感器网络中的每个传感器si∈s，初始化其相邻移动无线传感器位置信息和与它们的信息传递记录，具体方法如下：1.每个移动无线传感器si∈s，初始化其相邻移动无线传感器信息；si初始化的相邻移动无线传感器信息用nseni＝{si1,si2,…,sin}表示；si主要记录每个相邻移动无线传感器sij的位置信息，即locij＝(xij,yij)。2.每个移动无线传感器si∈s，初始化其与相邻移动无线传感器信息传递记录；si初始化的其与相邻移动无线传感器的信息传递记录用itri＝{itri1,itri2,…,itrin}表示；si主要记录与每个相邻移动无线传感器sij信息传递itrij的下列信息：相邻移动无线传感器编号nid和信息传递总量aij字节(bytes)。第二步：移动无线传感器网络中的每个传感器si∈s，根据相邻移动无线传感器位置和信息传递记录，计算移动无线传感器的节能位置，具体方法如下：1.每个移动无线传感器si∈s，最小化其与相邻移动无线传感器之间的信息传递加权距离；由于，移动无线传感器的信息传递能耗e与信息传递距离d的平方成正比，即e∝d2，si的节能位置应能最小化其与相邻移动无线传感器信息传递加权距离，即：其中，n为与si相邻的移动无线传感器数量，(xij,yij)为与si相邻的移动无线传感器sij位置，aij为si与相邻移动无线传感器sij的信息传递总量。2.每个移动无线传感器si∈s，根据初始化的相邻移动无线传感器位置信息和与它们的信息传递记录，计算其节能位置(x节能,y节能)。为找到obji,可使x节能和y节能的偏导数分别为0，即：可得到si的节能位置(x节能,y节能)为：第三步：移动无线传感器网络中的每个传感器si∈s，根据其相邻移动无线传感器位置和与它们的信息传递记录，计算其补偿位置，具体方法如下：1.每个移动无线传感器si∈s，根据其相邻移动无线传感器位置，计算补偿位置的方向；si补偿位置方向(x补偿方向,y补偿方向)的计算方法如下：其中，n为与si相邻的移动无线传感器数量，(xi,yi)为si的位置，(xij,yij)为si相邻移动无线传感器sij的位置。2.每个移动无线传感器si∈s，根据其与相邻移动无线传感器的信息传递记录，计算补偿距离；si的补偿距离a补偿的计算方法如下：其中，β为调整补偿量的系数，n为与si相邻的移动无线传感器数量，aij为si与相邻移动无线传感器sij的信息传递总量。3.每个移动无线传感器si∈s，每个移动无线传感器si∈s，根据补偿位置方向和补偿距离来计算其补偿位置。si的补偿位置(x补偿,y补偿)的计算方法如下：第四步：移动无线传感器网络中的每个传感器si∈s，根据第二步和第三步的计算结果(节能位置和补偿位置)，计算移动无线传感器的最终调整位置，以达到减少信息传递能耗的目的，具体方法如下：si的最终调整位置(x调整,y调整)的计算方法如下：即：为了检验本发明的性能，本发明设计了一些移动无线传感网络，并对这些网络中移动无线传感器的部署位置使用本发明所提出的方法进行调整。在实验中，30无线移动传感器随机部署的形成在一个30×30环境下的移动。两个传感器之间传输的信息总量介于1000字节到10000字节之间。表1给出了实验的参数设置。表1.实验参数设置参数值域环境大小30x30单位面积移动无线传感器个数30个信息传递量1000字节到10000字节补偿量调整系数β0.2，0.4，0.6，0.8，1通过对比移动无线传感器网络在调整前和使用所提出方法调整后，移动无线传感网的目标值(obj)和面积(size)。移动无线传感网的目标值的计算如下：其中，m为移动无线传感器网络中传感器的数量，n为与si相邻的移动无线传感器数量，(xi,yi)为si的部署位置，(xij,yij)为与si相邻的移动无线传感器sij的位置，aij为si与相邻移动无线传感器sij的信息传递总量。移动无线传感网的面积(size)的计算如下：其中，max(xi1)和min(xi2)为移动无线传感网络中传感器位置的x坐标的最大值和最小值，max(yi3)和min(yi4)为移动无线传感网络中传感器位置的y坐标的最大值和最小值。与现有的移动无线传感器位置调整方法相比，本发明具有如下优势。如图2所示，当补偿为0(β＝0)时，当采用我们的方法调整移动无线传感器部署的位置后，移动无线传感网的目标值obj急剧下降。随着补偿量不断增大，即β不断增加，移动无线传感网的目标值obj的下降越来越少，这说明补偿是一个与节能相反的目标。当补偿为1(β＝1)时，即补偿也在移动无线传感器的部署位置调整中占据最重要的地位的时候，在移动无线传感器调整后，移动无线传感网的目标值反而会上升，即调整后，移动无线传感器反而会消耗更多能量去传递信息。因此，此实验表明，在我们的方法中，补偿应在0～1之间，不能大于1。如图3所示，当补偿为0(β＝0)时，当采用我们的方法调整移动无线传感器部署的位置后，移动无线传感网的面积size急剧下降。这说明着，在采用我们的方法调整后移动无线网发生了很严重的缩小问题。随着补偿量不断增大，即β不断增加，移动无线传感网的缩小问题在不断减轻，这说明补偿可以有效的抑制传感网缩小的问题。当补偿为1(β＝1)时，即补偿也在移动无线传感器的部署位置调整中占据最重要的地位的时候，在移动无线传感器调整后，移动无线传感网的面积size反而变大了。因此，此实验表明，在我们的方法中，补偿能有效的阻止移动无线传感网因节能而面积缩小的问题。综合以上分析，本发明可以保证移动无线传感器调整的适应性，既能够有效降低移动无线传感器信息传递能耗，又能够保证移动无线传感网的覆盖范围和工作效率。该发明的最终结果可以提供给相关领域的用户使用，例如环境监测，可以为用户提供较为合理、有效的移动无线传感器管理方案。本发明的难点及解决方案1.一个移动无线传感器如何根据其相邻移动无线传感器的位置和信息传输量进行位置调整。移动无线传感器的调整的具体流程中第二步主要阐述了调整公式的推导过程。2.如何计算补偿调整位置和补偿系数β的大小，在降低信息传递能耗的情况下，不影响移动无线传感网的覆盖范围。根据实验(图3)可以看出，β在取值0.6左右时传感网在调整前后的覆盖面积变化最小。以上通过实例对本发明进行了详细的描述，本领域的技术人员应当理解，在不超出本发明的精神和实质的范围内，对本发明做出一定的修改和变动，比如移动无线传感器节能位置和补偿位置的计算方法等，仍然可以实现本发明的目的。当前第1页12