一種移動無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集方法，尤其是一種移動無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，無線傳感器網(wǎng)絡得到蓬勃發(fā)展，已廣泛應用在軍事、智能醫(yī)療、智能安防和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)收集是無線傳感器網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)之一，得到了大量專家和學者的關(guān)注。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方案設計中，所有節(jié)點都位置固定，采集到數(shù)據(jù)后，借助路由協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給Sink節(jié)點。主要存在的問題是:1)能量空洞問題，數(shù)據(jù)流遵循多對一模式，距離Sink節(jié)點近的節(jié)點需承擔的較多的通信負載，導致節(jié)點盡早的能量耗盡，使得在Sink節(jié)點周圍出現(xiàn)能量空洞；2)通信開銷問題，傳感器節(jié)點由于自身能量有限，無論哪種路由協(xié)議算法，都會有一定的控制開銷，需要控制網(wǎng)絡節(jié)點的能耗問題；3)連通約束問題，網(wǎng)絡不連通時必然有部分節(jié)點的數(shù)據(jù)無法轉(zhuǎn)發(fā)，得保持一定的連通可靠性。
[0003]針對這些問題，研究人員引入節(jié)點移動性來解決上述問題，移動節(jié)點充當數(shù)據(jù)收集器(mobile data collecto^MDC)，按照一定的路線在網(wǎng)絡中游走，對監(jiān)測區(qū)域進行數(shù)據(jù)收集。利用節(jié)點的移動特性，移動無線傳感器網(wǎng)絡(mobile wireless sensor networks，MffSN)的網(wǎng)絡連通度、覆蓋度、能量分布等可根據(jù)實際情況進行動態(tài)部署或位置調(diào)整，填補網(wǎng)絡的路由空洞和傳感探測盲區(qū)。麗SN分為三類:1) Sink節(jié)點移動，普通節(jié)點靜止；2) Sink節(jié)點靜止，普通節(jié)點移動；3) Sink節(jié)點和普通節(jié)點都移動。移動Sink節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡，簡單實用而且可以顯著提高無線傳感器網(wǎng)絡的生命周期，現(xiàn)在的研究大部分集中在移動Sink節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡。由于Sink節(jié)點的周圍節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)較多，能耗較大，因此Sink節(jié)點的移動路徑的選擇至關(guān)重要，直接關(guān)系到整個傳感器網(wǎng)絡的生命周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:提供一種能夠降低移動無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能耗并延長壽命的數(shù)據(jù)收集方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的移動無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收集方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1，由移動Sink節(jié)點廣播初始消息，所有接收到初始消息的節(jié)點被自動選擇為簇頭節(jié)點，再由簇頭節(jié)點廣播簇頭消息，所有接收到簇頭消息的成員節(jié)點在加入自身信息后繼續(xù)廣播簇頭消息；
[0007]步驟2，簇頭節(jié)點將再次接收到的簇頭消息發(fā)送給移動Sink節(jié)點，再由移動Sink節(jié)點分析出各個成員節(jié)點距離對應簇頭節(jié)點的最短路徑信息；
[0008]步驟3，移動Sink節(jié)點再根據(jù)最短路徑信息解析出各個成員節(jié)點和對應簇頭節(jié)點之間的匹配關(guān)系列表，并將匹配關(guān)系列表發(fā)送給相應的簇頭節(jié)點；
[0009]步驟4，簇頭節(jié)點將匹配關(guān)系列表廣播給相應的成員節(jié)點，各個成員節(jié)點在接收到匹配關(guān)系列表后解析獲得自身的目的節(jié)點信息，然后刪除匹配關(guān)系列表中與自身相關(guān)的匹配信息后繼續(xù)廣播，以建立多個以簇頭節(jié)點為根的最短路徑樹；
[0010]步驟5，各個成員節(jié)點根據(jù)各自的目的節(jié)點信息將采集的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送至目的節(jié)點，并由各簇頭節(jié)點在移動Sink節(jié)點到來之前緩存自身及來自各個成員節(jié)點的傳感數(shù)據(jù)；
[0011]步驟6，移動Sink節(jié)點在下一數(shù)據(jù)收集周期再次進入簇頭節(jié)點的通信范圍內(nèi)時，由各簇頭節(jié)點將緩存的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送給移動Sink節(jié)點。
[0012]采用移動Sink節(jié)點分析出各個成員節(jié)點距離對應簇頭節(jié)點的最短路徑信息，從而使需要消耗大量電能的分析工作由移動Sink節(jié)點完成，避免簇頭節(jié)點能耗消耗過大，延長簇頭節(jié)點的壽命；各個成員節(jié)點在刪除匹配關(guān)系列表中與自身相關(guān)的匹配信息后繼續(xù)廣播，從而逐步減小廣播包含的數(shù)據(jù)量，有效降低廣播時的能耗，延長成員節(jié)點的使用壽命；采用簇頭節(jié)點在移動Sink節(jié)點到來之前緩存?zhèn)鞲袛?shù)據(jù)，能夠在移動Sink節(jié)點到來時進行快速地傳感數(shù)據(jù)傳輸，有效提高了數(shù)據(jù)收集效率。
[0013]作為本發(fā)明的進一步限定方案，簇頭消息中包括樹根節(jié)點的地址以及當前節(jié)點距離其路徑樹樹根簇頭節(jié)點的跳數(shù)。將地址和跳數(shù)信息放置在簇頭消息內(nèi)，能夠為移動Sink節(jié)點分析獲得最短路徑信息提供依據(jù)。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟2中，移動Sink節(jié)點再進一步根據(jù)最短路徑信息計算出分配給各個簇頭節(jié)點的通信時長；步驟6中，移動Sink節(jié)點在簇頭節(jié)點通信范圍內(nèi)的停留時長大于等于步驟2中的通信時長。采用該設置能夠使移動Sink節(jié)點合理分配停留時長，確保移動Sink節(jié)點不會遺漏各個成員節(jié)點的傳感數(shù)據(jù)，有效增強了收集傳感數(shù)據(jù)的可靠性。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟1中，簇頭節(jié)點記錄移動Sink節(jié)點首次進入其通信范圍的進入時間點；步驟4中，簇頭節(jié)點記錄移動Sink節(jié)點首次進入后離開其通信范圍的離開時間點；步驟5中，成員節(jié)點和簇頭節(jié)點在下一數(shù)據(jù)收集周期內(nèi)的進入時間點結(jié)束傳感數(shù)據(jù)的傳送；步驟6中，簇頭節(jié)點在離開時間點前將緩存的傳感數(shù)據(jù)發(fā)送給移動Sink節(jié)點。采用該設計能夠使簇頭節(jié)點和成員節(jié)點合理分配傳感數(shù)據(jù)傳送時間，使移動Sink節(jié)點在數(shù)據(jù)收集周期內(nèi)有效收集全部數(shù)據(jù)而不發(fā)生遺漏，進一步確保傳感數(shù)據(jù)收集的可靠性。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:(1)采用移動Sink節(jié)點分析出各個成員節(jié)點距離對應簇頭節(jié)點的最短路徑信息，從而使需要消耗大量電能的分析工作由移動Sink節(jié)點完成，避免簇頭節(jié)點能耗消耗過大，延長簇頭節(jié)點的壽命；(2)各個成員節(jié)點在刪除匹配關(guān)系列表中與自身相關(guān)的匹配信息后繼續(xù)廣播，從而逐步減小廣播包含的數(shù)據(jù)量，有效降低廣播時的能耗，延長成員節(jié)點的使用壽命；(3)采用簇頭節(jié)點在移動Sink節(jié)點到來之前緩存?zhèn)鞲袛?shù)據(jù)，能夠在移動Sink節(jié)點到來時進行快速地傳感數(shù)據(jù)傳輸，有效提高了數(shù)據(jù)收集效率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)收集方法流程圖。
[0018]圖2是移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集的隨機移動路徑仿真示意圖；
[0019]圖3是基于蟻群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集移動路徑仿真示意圖；
[0020]圖4是基于蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集移動路徑仿真示意圖；
[0021]圖5是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集的總路徑長度對比示意圖；
[0022]圖6是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對網(wǎng)絡平均能耗影響；
[0023]圖7是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對網(wǎng)絡負載均衡影響；
[0024]圖8是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對簇頭個數(shù)影響；
[0025]圖9是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對網(wǎng)絡時延影響；
[0026]圖10是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對網(wǎng)絡連通度影響；
[0027]圖11是基于隨機行走、蟻群算法和蜂群算法的移動Sink節(jié)點數(shù)據(jù)收集對網(wǎng)絡綜合可靠性影響。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0029]實施例1:
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的移動無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0031]步驟1，由移動Sink節(jié)點廣播初始消息，所有接收到初始消息的節(jié)點被自動選擇為簇頭節(jié)點，再由簇頭節(jié)點廣播簇頭消息，所有接收到簇頭消息的成員節(jié)點在加入自身信息后繼續(xù)廣播簇頭消息，其中，簇頭消息中包括樹根節(jié)點的地址以及當前節(jié)點距離其路徑樹樹根簇頭節(jié)點的跳數(shù)，簇頭節(jié)點還記錄了移動Sink節(jié)點首次進入其通信范圍的進入時間點；
[0032]步驟2，簇頭節(jié)點將再次接收到的簇頭消息發(fā)送給移動Sink節(jié)點，再由移動Sink節(jié)點分析出各個成員節(jié)點距離對應簇頭節(jié)點的最短路徑信息，再進一步根據(jù)最短路徑信息計算出分配給各個簇頭節(jié)點的通信時長；
[0033]步驟3，移動Sink節(jié)點再根據(jù)最短路徑信息解析出各個成員節(jié)點和對應簇頭節(jié)點之間的匹配關(guān)系列表，并將匹配關(guān)系列表發(fā)送給相應的簇頭節(jié)點；
[0034]步驟4，簇頭節(jié)點將匹配關(guān)系列表廣播給相應的成員節(jié)點，各個成員節(jié)點在接收到匹配關(guān)系列表后解析獲得自身的目的節(jié)點信息，然后刪除匹配關(guān)系列表中與自身相關(guān)的匹配信息后繼續(xù)廣播，以建立多個以簇頭節(jié)點為根的最短路徑樹