專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動決策方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集數(shù)據(jù)的方法，特別是一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中周期性收集數(shù)據(jù)的過程中，移動的無線數(shù)據(jù)收集設(shè)備為進(jìn)行移動決策所采用的方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)據(jù)收集型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信能力以及所配置的能量很有 限，所有的感知數(shù)據(jù)將以多跳的方式向網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集設(shè)備匯集，這將導(dǎo)致靠近數(shù)據(jù)收 集設(shè)備的傳感器節(jié)點(diǎn)由于需要轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)收集設(shè)備的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)而消耗更多的能量。如 果數(shù)據(jù)收集設(shè)備的位置是固定不動的，靠近數(shù)據(jù)收集設(shè)備的傳感器節(jié)點(diǎn)將成為"熱點(diǎn)"而 耗盡能量，從而造成網(wǎng)絡(luò)的過早死亡。釆用可移動的數(shù)據(jù)收集設(shè)備可以緩解"熱點(diǎn)"問題， 均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。但是對于周期性數(shù)據(jù)收集應(yīng)用來說， 數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動方式以及收集數(shù)據(jù)的方式不是任何方式都適合，比如(1)數(shù)據(jù)收集 設(shè)備不能隨機(jī)移動，否則并不能給網(wǎng)絡(luò)性能帶來提升；(2)數(shù)據(jù)收集設(shè)備不能在移動過程 中僅收集一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，雖然這種方式對節(jié)點(diǎn)來說最省能量，但是由于數(shù)據(jù)收集設(shè) 備的移動速度有限，會使得網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)的延遲很大，且隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而增加。因此需 要支持?jǐn)?shù)據(jù)收集設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中邊移動邊收集全網(wǎng)的數(shù)據(jù)的方法。
目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，提供給移動設(shè)備進(jìn)行分布式移動決策的方法并不多， 參考文獻(xiàn)"Base-Station Repositioning For Optimized Performance of Sensor Networks" (脫 yo"/ /s,必i9a/7^at/,,.爿jW:a/a. In Proc. of the Vehicular Technology Conference (VTC' 03), Orlando, Florida, October 2003, pp.490-492)提出了一個(gè)啟發(fā)式算法來 決策數(shù)據(jù)收集設(shè)備移動的方向和距離，此方法的核心思想是數(shù)據(jù)收集設(shè)備(文中稱為 Base-Station)根據(jù)各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信量判斷哪個(gè)方向上的傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)更重， 然后便朝著這個(gè)方向機(jī)動。此方法的最大問題是數(shù)據(jù)收集設(shè)備容易陷入"局部最優(yōu)"點(diǎn)， 比如當(dāng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備移動到網(wǎng)絡(luò)中心時(shí)，很有可能會由于各方向數(shù)據(jù)量相等而在原地徘 徊，這便會造成距離數(shù)據(jù)收集設(shè)備較近的傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)而消耗過多 的能量，造成較早地耗盡能量，從而無法實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種方法，使無線數(shù)據(jù)收集設(shè)備在無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中收集數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)所包含的信息，自主決策下一步移動的方向 和距離，同時(shí)平衡網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，盡量避免少數(shù)節(jié)點(diǎn)的過早耗盡能量，從 而延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
數(shù)據(jù)收集型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)配備有限的無線通信能力和不可更換的電 池能源，而數(shù)據(jù)收集設(shè)備具有較強(qiáng)的無線通信能力，且其能量充足或可獲得持續(xù)補(bǔ)充。傳 感器節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)收集設(shè)備均利用已經(jīng)公知的現(xiàn)有技術(shù)(如GPS定位設(shè)備等)可以獲知自己 的位置信息。
如圖1所示，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動決策方法將數(shù)據(jù)收集過程劃 分為鄰居發(fā)現(xiàn)過程和數(shù)據(jù)收集過程兩個(gè)階段。網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)需要首先進(jìn)入鄰居發(fā)現(xiàn)過程， 在此過程中，所有節(jié)點(diǎn)不等間隔地廣播若干個(gè)通告消息(包含節(jié)點(diǎn)自身的標(biāo)識和位置信 息)，然后進(jìn)行監(jiān)聽，將接收到的節(jié)點(diǎn)加入鄰居列表。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，如果需要適應(yīng) 節(jié)點(diǎn)的失效情況，可以周期性地進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)過程。鄰居發(fā)現(xiàn)過程中所廣播的通告消息數(shù) 目，由一個(gè)發(fā)送計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制。如圖2所示，在鄰居發(fā)現(xiàn)過程中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)聽到的鄰 居通告消息根新自己的鄰居列表，然后判斷發(fā)送計(jì)數(shù)器是否己滿，只要計(jì)數(shù)器未滿，就繼 續(xù)鄰居發(fā)現(xiàn)過程；當(dāng)計(jì)數(shù)器滿時(shí)，結(jié)束鄰居發(fā)現(xiàn)過程。
鄰居發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點(diǎn)均獲知了自己一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，即 可開始數(shù)據(jù)收集過程。如圖1所示，數(shù)據(jù)收集過程由連續(xù)的數(shù)據(jù)收集周期組成，每個(gè)數(shù)據(jù) 收集周期可分為三個(gè)階段監(jiān)聽階段、匯報(bào)階段和睡眠階段。在監(jiān)聽階段，傳感器節(jié)點(diǎn)均 監(jiān)聽數(shù)據(jù)收集設(shè)備向全網(wǎng)廣播的位置通告信息，廣播的方式可以是大功率直接廣播，也可 以是小功率逐步擴(kuò)散；在匯報(bào)階段，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)收集設(shè)備的新位置，重新進(jìn)行路
由(選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn))，并朝著數(shù)據(jù)收集設(shè)備的新位置匯報(bào)數(shù)據(jù)；睡眠階段是當(dāng)全網(wǎng) 節(jié)點(diǎn)不需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可進(jìn)入低功耗的睡眠狀態(tài)以節(jié)省能量。不同的應(yīng)用場合下，各個(gè) 階段的長度可以設(shè)置不同的值，有的應(yīng)用中甚至可以不需要睡眠階段。網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)過程 中，傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程如圖2所示。
在匯報(bào)階段，傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地匯報(bào)感知數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包被多跳轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)收集設(shè)備。 傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包中除了所必需的應(yīng)用數(shù)據(jù)外，需要攜帶以下信息
(1) 此數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的傳感器節(jié)點(diǎn)中，剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)的剩余能量值和位置信息；
(2) 此數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的傳感器節(jié)點(diǎn)中，剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)的剩余能量值和位置信息。 由于數(shù)據(jù)包中包含最大剩余能量字段和最小剩余能量字段，在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)
可根據(jù)自身的剩余能量情況修改這兩個(gè)字段的內(nèi)容。節(jié)點(diǎn)將這兩個(gè)字段的值與自己的剩余 能量比較，如果自己的剩余能量比最大值大，則修改最大剩余能量字段和相應(yīng)位置信息； 如果自己的剩余能量比最小值小，則也進(jìn)行相應(yīng)修改，但不刪除先前能量最小節(jié)點(diǎn)的信息。 這樣，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)數(shù)據(jù)收集設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)收集設(shè)備將獲得這條路徑上具有最大剩余 能量和若干最小剩余能量的節(jié)點(diǎn)的信息。
數(shù)據(jù)收集設(shè)備收到所有傳感器節(jié)點(diǎn)的一個(gè)周期的數(shù)據(jù)后，可以從數(shù)據(jù)包中提取本數(shù)據(jù) 收集周期內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中剩余能量最高和最低的節(jié)點(diǎn)的分布信息。數(shù)據(jù)收集設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)最高剩余 能量節(jié)點(diǎn)作為本次移動的目的地，稱為MoveDest，并聯(lián)合其它所有被匯報(bào)的剩余能量最低 的節(jié)點(diǎn)(稱為"準(zhǔn)熱點(diǎn)")的能量水平及位置確定自身的新位置。數(shù)據(jù)收集設(shè)備在確定新 的位置時(shí)，將采用一種基于半象限的方法，盡量避開所有被匯報(bào)為具最低能量的節(jié)點(diǎn)，并 逐漸朝著MoveDest移動。
此基于半象限的方法描述如下以數(shù)據(jù)收集設(shè)備為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，并將該坐標(biāo)系分 為8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)是半個(gè)象限。首先確定MoveDest所在的扇區(qū)，并標(biāo)記此扇區(qū)及其 左右兩個(gè)相鄰扇區(qū)為"前向扇區(qū)"。數(shù)據(jù)收集設(shè)備將根據(jù)準(zhǔn)熱點(diǎn)在這些扇區(qū)的分布情況決 定移動位置。每個(gè)扇區(qū)將被賦予一個(gè)能量值代表此扇區(qū)的能量水平，如果扇區(qū)內(nèi)有準(zhǔn)熱點(diǎn)， 則取這些準(zhǔn)熱點(diǎn)的剩余能量的最大值為此扇區(qū)的能量水平值；否則，將其能量水平值設(shè)置 為一個(gè)較大的值(如節(jié)點(diǎn)的初始能量值)。數(shù)據(jù)收集設(shè)備每次移動的距離有一個(gè)可以控制 的閾值，每次移動均需要在這個(gè)閾值的距離范圍內(nèi)，如圖3中所示，圖中用虛線表示的圓 圈均代表數(shù)據(jù)收集設(shè)備單詞移動的閾值。以下將結(jié)合圖3和圖5，根據(jù)準(zhǔn)熱點(diǎn)在扇區(qū)內(nèi)的 分布情況分別討論數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動決策方法-
(1) 情況1——所有的前向扇區(qū)內(nèi)均沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)此時(shí)數(shù)據(jù)收集設(shè)備將對準(zhǔn)MoveDest移 動，但要受限于每次移動的閾值范圍，如圖3(a)所示；
(2) 情況2——MoveDest所在的前向扇區(qū)中沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，而其它兩個(gè)前向扇區(qū)中均有準(zhǔn) 熱點(diǎn)此時(shí)數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著MoveDest所在扇區(qū)的中線移動，如圖3(b)所示；
(3) 情況3——MoveDest所在的前向扇區(qū)中沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，而其它兩個(gè)前向扇區(qū)中只有一 個(gè)有準(zhǔn)熱點(diǎn)此時(shí)數(shù)據(jù)收集設(shè)備將移動到MoveDest和P點(diǎn)的連線上的某個(gè)位置， 所述的P點(diǎn)是兩個(gè)沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)的前向扇區(qū)交界線與移動閾值邊界的交點(diǎn)，如圖3(c) 所示；該新位置的確定方法是根據(jù)數(shù)據(jù)收集設(shè)備分別到P點(diǎn)和MoveDest的距離進(jìn) 行倒數(shù)加權(quán)，具體說明如下令數(shù)據(jù)收集設(shè)備到P點(diǎn)和MoveDest的距離分別為" 和oU P點(diǎn)和MoveDest的坐標(biāo)分別為(^， W和K-。)，則新位置的坐標(biāo)為'x,.(心)-1 , ,).(之_。廣，v(冬)—',u之—。r'
(4) 情況4——MoveDest所在的前向扇區(qū)有準(zhǔn)熱點(diǎn)，而其它兩個(gè)前向扇區(qū)中至少有一個(gè) 沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)此時(shí)數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)的前向扇區(qū)的中線移動；如果其
它兩個(gè)前向扇區(qū)均沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，選擇策略為哪個(gè)扇區(qū)能量水平值較大，數(shù)據(jù)收集 設(shè)備將向哪個(gè)扇區(qū)移動，如圖3(d)所示；
(5) 情況5——三個(gè)前向扇區(qū)中均有準(zhǔn)熱點(diǎn)，而其它扇區(qū)中有不包含準(zhǔn)熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)收 集設(shè)備將沿著其中一個(gè)的中線移動；選擇策略同樣是選擇左右相鄰扇區(qū)的能量水平 之和最大的扇區(qū)，如圖3(e)所示；
(6) 情況6——所有8個(gè)扇區(qū)中均包含準(zhǔn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著左右相鄰扇區(qū)的能 量水平之和最大的扇區(qū)的中線移動，如圖3(f)所示。
在數(shù)據(jù)收集過程中，數(shù)據(jù)收集設(shè)備的工作流程如圖4所示，在匯報(bào)階段，數(shù)據(jù)收集設(shè) 備首先向全網(wǎng)廣播自身的位置信息，并接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送的感知數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集過程結(jié)束后， 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠階段。當(dāng)一個(gè)周期結(jié)束后，數(shù)據(jù)收集設(shè)備停止接收數(shù)據(jù)并根據(jù)上一周期節(jié)點(diǎn) 的能量分布情況計(jì)算新的位置，最后移動到新的位置，結(jié)束監(jiān)聽過程，開始新一輪的匯報(bào) 過程。
在數(shù)據(jù)收集設(shè)備向MoveDest移動的過程中，數(shù)據(jù)收集設(shè)備將根據(jù)每個(gè)周期內(nèi)收到的數(shù) 據(jù)判斷剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在的位置，并向該節(jié)點(diǎn)移動。當(dāng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備很接近某個(gè) MoveDest后(如已在一跳通信范圍內(nèi))，將在以MoveDest為圓心的圓周上嘗試停留在不同 位置，停留位置的選取方案可以是在圓周上均勻選擇若干個(gè)點(diǎn)。在每個(gè)停留位置，數(shù)據(jù)收 集設(shè)備均會進(jìn)行一個(gè)周期的數(shù)據(jù)收集，并觀察在哪個(gè)位置上可以從MoveDest獲得更多的 數(shù)據(jù)，即能讓MoveDest消耗更多的能量，則在此位置上逗留直到網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)新的剩余能 量最高點(diǎn)(即新的MoveDest)d如果在數(shù)據(jù)收集設(shè)備繞行MoveDest—周前，網(wǎng)絡(luò)中即已出 現(xiàn)新的剩余能量最高點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備會放棄當(dāng)前MoveDest而向此新的最高點(diǎn)移動。
本發(fā)明的技術(shù)效果是從均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間角度，采用應(yīng)用此算 法的移動設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，在不同的網(wǎng)絡(luò)部署情況下，可以比使用位置固定的數(shù)據(jù)收集 設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間延長2 4倍。


圖1表示無線網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)階段的劃分示意圖； 圖2表示傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程圖 圖3表示移動策略所包括的6種情況示例，分別用圖3 (a) (f)表示；
圖4表示數(shù)據(jù)收集設(shè)備的工作流程圖5表示數(shù)據(jù)收集設(shè)備計(jì)算移動位置的方法流程圖6 (a)、 (b)表示本發(fā)明實(shí)施例的移動決策過程。
具體實(shí)施例方式
在覆蓋范圍約40,000 m2的區(qū)域中部署一個(gè)由100個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng) 絡(luò)，用于采集溫度、濕度及光照等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集設(shè)備為一個(gè)移動設(shè)備(如PDA或便攜式 個(gè)人電腦)，并配有可與無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的無線收發(fā)模塊或擴(kuò)展卡。本發(fā)明所提 出的移動決策方案以應(yīng)用程序的形式運(yùn)行在移動設(shè)備上。數(shù)據(jù)釆集人員手持?jǐn)?shù)據(jù)收集設(shè) 備，可根據(jù)屏幕上的圖形化提示信息移動到區(qū)域的任何地方進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。單個(gè)傳感器節(jié) 點(diǎn)的通信范圍很小(〈30 m)，需要經(jīng)過多跳將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)收集設(shè)備。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 均采用AA干電池供電，初始電量約為1200 mAh。數(shù)據(jù)收集設(shè)備的電量充足，可以完成整 個(gè)數(shù)據(jù)采集過程。
數(shù)據(jù)收集周期設(shè)置為15分鐘，其中每個(gè)周期開始后的一分鐘為所有節(jié)點(diǎn)的監(jiān)聽階段 (如圖1)，數(shù)據(jù)采集人員將在此一分鐘內(nèi)移動到新位置。每個(gè)收集周期的匯報(bào)階段為10 分鐘，由一種多跳的數(shù)據(jù)收集協(xié)議完成相應(yīng)功能。網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點(diǎn)將在數(shù)據(jù)收集周 期的最后4分鐘內(nèi)進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能量。
數(shù)據(jù)收集設(shè)備的初始位置任意。經(jīng)過若干個(gè)采集周期后，數(shù)據(jù)收集設(shè)備所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境如圖6(a)所示。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中能量最高的傳感器節(jié)點(diǎn)剩余能量為809 mAh，因此作為此周 期的MoveDest。圖6(a)中顯示了四個(gè)主要的準(zhǔn)熱點(diǎn)在數(shù)據(jù)收集設(shè)備附近的分布，可見符 合圖3(c)的情況，即MoveDest所在的前向扇區(qū)內(nèi)沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，另外兩個(gè)前向扇區(qū)中有一 個(gè)沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)收集設(shè)備將按照第3種情況進(jìn)行移動決策。當(dāng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備移動 到新位置后，將進(jìn)行新一輪的數(shù)據(jù)收集。此時(shí)數(shù)據(jù)收集設(shè)備周圍的節(jié)點(diǎn)分布如圖6(b)所示， 各個(gè)節(jié)點(diǎn)由于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量的不同，能量水平的降低程度也不同。當(dāng)新一輪數(shù)據(jù)收集結(jié)束時(shí)， MoveDest仍是網(wǎng)絡(luò)中剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)，由于此時(shí)MoveDest所在扇區(qū)內(nèi)有準(zhǔn)熱點(diǎn)，而 兩外兩個(gè)前向扇區(qū)中有一個(gè)沒有準(zhǔn)熱點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)收集設(shè)備將按照第4種情況進(jìn)行移動決 策。當(dāng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備在MoveDest —跳范圍之內(nèi)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)仍為剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)，則 數(shù)據(jù)收集設(shè)備將以該節(jié)點(diǎn)為圓心，并以自身為初始位置選取圓周上均勻分布的4個(gè)位置作 為下一個(gè)周期的新位置。如果數(shù)據(jù)收集設(shè)備在這4個(gè)點(diǎn)上都停留過后，該節(jié)點(diǎn)仍未剩余能 量最高的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將回到其中某個(gè)讓該節(jié)點(diǎn)消耗能量最多的位置上，直到網(wǎng)
的新位置。如果數(shù)據(jù)收集設(shè)備在這4個(gè)點(diǎn)上都停留過后，該節(jié)點(diǎn)仍未剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)， 則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將回到其中某個(gè)讓該節(jié)點(diǎn)消耗能量最多的位置上，直到網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)其他剩 余能量最高的節(jié)點(diǎn)為止。如此，每個(gè)數(shù)據(jù)收集周期結(jié)束后，數(shù)據(jù)收集設(shè)備就根據(jù)新的剩余 能量最高點(diǎn)和準(zhǔn)熱點(diǎn)的分布情況移動到新的位置，從而實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量 消耗的最大平均化。試驗(yàn)證明，采用這種決策方法，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期比普通的 網(wǎng)絡(luò)延長了約3倍。
權(quán)利要求
1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動決策方法，其特征在于，每個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)收集周期至少包括監(jiān)聽和匯報(bào)兩個(gè)階段在每個(gè)數(shù)據(jù)收集周期的監(jiān)聽階段，數(shù)據(jù)收集設(shè)備根據(jù)上一周期中收集到的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量的分布信息移動到新的位置，移動的策略是朝剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)移動，同時(shí)避開剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)；在匯報(bào)階段，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)收集設(shè)備的位置信息進(jìn)行路由并發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)中包含有該數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)中剩余能量最高的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量和位置信息，以及若干個(gè)剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)的能量和位置信息。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的剩余能量最高和最低的節(jié)點(diǎn) 信息的收集方法是在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包中包含剩余能量最高值和最 低值兩個(gè)字段的值與自己的剩余能量比較，如果自己的剩余能量比最大值大，則修 改最大剩余能量字段和相應(yīng)位置信息；如果自己的剩余能量比最小值小，則也進(jìn)行 相應(yīng)修改，但不刪除先前能量最小節(jié)點(diǎn)的信息。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在數(shù)據(jù)收集設(shè)備移動到新位置時(shí)， 如果該位置已經(jīng)接近剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將以該節(jié)點(diǎn)為圓心，并 以自身為初始位置選取圓周上均勻分布的若干個(gè)位置作為下一個(gè)周期的新位置，直 至網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)新的剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)為止，否則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將停留在所述的若 干個(gè)位置中消耗圓心節(jié)點(diǎn)能量最多的位置上。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動策略具 體為-1) 以自身為坐標(biāo)系原點(diǎn)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為8個(gè)扇區(qū)；2) 根據(jù)收到的數(shù)據(jù)為各扇區(qū)賦值；3) 將剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在的扇區(qū)及其左右兩個(gè)相鄰扇區(qū)確定為前向扇區(qū)；4) 判斷剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)在前向扇區(qū)中分布的情況，并結(jié)合剩余能量最高的 節(jié)點(diǎn)的位置信息計(jì)算數(shù)據(jù)收集設(shè)備的新位置。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟4)具體包括6種情況 情況1:所有的前向扇區(qū)內(nèi)均沒有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將對準(zhǔn)剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)移動；情況2:剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)不在剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在的扇區(qū)，而在其它 兩個(gè)前向扇區(qū)種都有，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在扇區(qū)的中線 移動；情況3:剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在的前向扇區(qū)中沒有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，而 其它兩個(gè)前向扇區(qū)中只有一個(gè)有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將移動到剩 余能量最高的節(jié)點(diǎn)和P點(diǎn)的連線上的某個(gè)位置，所述的P點(diǎn)是兩個(gè)沒有剩余能量最 低的節(jié)點(diǎn)的前向扇區(qū)交界線與數(shù)據(jù)收集設(shè)備單次移動閾值邊界的交點(diǎn)；情況4:剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)所在的前向扇區(qū)有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，而其它 兩個(gè)前向扇區(qū)中至少有一個(gè)沒有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著沒有 剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)的前向扇區(qū)的中線移動；如果其它兩個(gè)前向扇區(qū)均沒有剩余能 量最低的節(jié)點(diǎn)，選擇策略為哪個(gè)扇區(qū)能量水平值較大，數(shù)據(jù)收集設(shè)備將向哪個(gè)扇 區(qū)移動；情況5:三個(gè)前向扇區(qū)中均有剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，而其它扇區(qū)中有不包含剩 余能量最低的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著其中一個(gè)扇區(qū)的中線移動；選擇策略同 樣是選擇左右相鄰扇區(qū)的能量水平之和最大的扇區(qū)；情況6:所有8個(gè)扇區(qū)中均包含剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)收集設(shè)備將沿著 左右相鄰扇區(qū)的能量水平之和最大的扇區(qū)的中線移動。
全文摘要
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收集設(shè)備的移動決策方法，在每個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)收集周期的監(jiān)聽階段，數(shù)據(jù)收集設(shè)備根據(jù)上一周期中收集到的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量的分布信息移動到新的位置，移動的策略是朝剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)移動，同時(shí)避開剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)；在匯報(bào)階段，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)收集設(shè)備的位置信息進(jìn)行路由并發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)中包含有該數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)中剩余能量最高的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量和位置信息，以及若干個(gè)剩余能量最低的節(jié)點(diǎn)的能量和位置信息。該方法從均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間角度，采用應(yīng)用此算法的移動設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，在不同的網(wǎng)絡(luò)部署情況下，可以比使用位置固定的數(shù)據(jù)收集設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間延長2～4倍。
文檔編號H04M11/00GK101098373SQ200610089528
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者劉俊濤, 孫利民, 畢艷忠 申請人:中國科學(xué)院軟件研究所