一种基于虚拟力的汇聚节点重定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟力的无线传感器网络汇聚节点重定位方法，属于延长无线传感器网络生存周期的节能技术领域。本发明专利技术首先获得所有传感器节点的位置和剩余能量等信息，然后根据虚拟力模型求得所有节点对汇聚节点产生的虚拟引力及边界斥力，最后让汇聚节点在合力的作用下沿着合力方向移动到新的位置进行数据的收集处理。本发明专利技术通过综合考虑传感节点的剩余能量及、距离汇聚节点远近以及在网络拓扑中所处位置来构建虚拟力模型，从本质上促使汇聚节点向着剩余能量高的区域移动，均衡了节点间能耗，有效避免了能量空洞的形成，为延长无线传感网络的生存周期提供了一种新的方法。

A relocation method for converging nodes based on virtual force

The invention relates to a virtual force based repositioning method for wireless sensor networks, which belongs to the energy saving technology field prolonging the life cycle of wireless sensor networks. The present invention first obtains all the locations of the sensor nodes and the residual energy information, then according to the virtual gravity and repulsion force model of virtual boundary nodes of all nodes is obtained, finally let the sink node in force along the force direction to the new position of collecting and processing data. The present invention by considering the residual energy of sensor nodes, and the distance from the cluster nodes in the network topology and distance location to build the virtual force model, essentially to the sink node to move the residual energy region, balance the energy consumption among nodes, effectively avoid the energy hole formation, provides a new methods to prolong the life cycle of wireless sensor network.

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟力的汇聚节点重定位方法
本专利技术涉及一种基于虚拟力的汇聚节点重定位方法，属于无线传感器网络

技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由大量静止或移动的廉价传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其为众多应用提供了多样化的服务，如商业中的监视和控制系统，天气监测,医疗健康系统监测和战场监视等。在这些系统中，传感器被部署在网络覆盖的地理检测区域来协作地感知、采集、处理和传输感知对象的监测信息并报告给用户。由于传感器节点通常部署在恶劣的环境中，其所能携带的电池能量是十分有限的，在耗尽能量时不能及时充电或更换电池，这将导致网络无法正常运行降低了网络生存周期。要想无线传感器网络在没人干涉的情况下运行很长时间，如何高效利用有限的能量是当前无线传感器研究的一个重要领域。在当前研究阶段，许多学者对无线传感器网络的能耗问题进行了研究并提出了许多有效的节能方法，有些学者采用了静态的汇聚节点去收集数据，汇聚节点是一种特殊的节点，它主要进行数据的收集和处理任务，然后把数据发送给主管，但是固定的汇聚节点将会导致其周围的节点因负载过重而过早死亡从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟力的汇聚节点重定位方法，其特征在于，包括如下步骤：Step1、网络开始时，汇聚节点s收集所有节点的位置和剩余能量信息，具体步骤为：Step1.1、建立虚拟引力模型所有传感器节点对汇聚节点s都有虚拟引力的作用，这就像万有引力一样，故根据物理学中的万有引力

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟力的汇聚节点重定位方法，其特征在于，包括如下步骤：Step1、网络开始时，汇聚节点s收集所有节点的位置和剩余能量信息，具体步骤为：Step1.1、建立虚拟引力模型所有传感器节点对汇聚节点s都有虚拟引力的作用，这就像万有引力一样，故根据物理学中的万有引力公式类比得到传感器节点i的虚拟引力模型其中ai和a分别表示节点i和汇聚节点s的剩余能量，因为汇聚节点能量一般视为无限大且其不耗能，故a为常量可合并到kA，然后分别计算出节点i与汇聚节点s之间的虚拟引力，即：其中kA为常量表示虚拟引力因子，dis为i与s之间的距离，αis为i与s间线段与水平线的夹角，N表示全部节点集；Step1.2、此时汇聚节点s只受到传感器节点对它的虚拟引力，根据公式1计算出所有节点产生的虚拟引力合力：式中为汇聚节点s所受到的总的合力，表示虚拟引力；Step2、判断汇聚节点s的位置是否处于区域边界附近，如果汇聚节点s的位置处于区域边界附近，则此时它还将受到区域边界斥力的影响，则执行Step3后再执行Step4，如果汇聚节点s的位置并未处于区域边界附近，则跳过Step3直接执行Step4；Step3、当汇聚节点s移动到区域边界时，它将受到区域边界产生的边界斥力，这将保证汇聚节点s不会出现移动出探测区域或在边界因节点过少几乎不受力而陷入死循环的情况；Step3.1、建立边界斥力模型当汇聚节点s越靠近边界，其受到的斥力也就越大，这种情况类似与物理学中被压缩的弹簧，故根据物理学中的胡克定律即弹簧力公式类比得到边界斥力模型然后根据汇聚节点s距离边界的远近计算出边界斥力:其中，表示边界斥力，kR为边界斥力因子，ds表示汇聚节点s与区域边界之间的距离，αs+π表示两者之间的角度，dopt表示边界阈值，相当于弹簧形变量只有当s移动到很靠近边界，即其与边界的距离小于dopt时才会受到边界斥力的影响，否则边界斥力不产，而dopt表示区域边界阈值；Step3.2、此时汇聚节点s即受到节点对它的虚拟引力又受到边界对它的虚拟斥力，计算出s所受到的虚拟合力：Step4、建立虚拟力移动路径转换模型将虚拟合力转换为汇聚节点s的移动距离，当时s因没受到力的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯勇，杨心，付晓东，钱谦，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53