一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法技术

本发明专利技术公开了一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法，用i,j分别代表任意两个移动传感器s1、s2，它们的方向夹角分别为αi，αj，包括以下步骤：（1）若i,j在Sink节点的通信半径范围内，直接把消息转发给Sink节点，然后清空自身的消息缓存以存储新的消息，i,j之间不发生数据转发；（2）若i,j在Sink节点通信半径范围之外，把数据优先转发给更有利于接近Sink节点的传感器；（3）数据最后由Sink节点转发给骨干网，完成数据收集。本发明专利技术可显著降低消息冗余、算法简单实用、传感器能量消耗小，能提高网络效能和数据收集成功率，延长机会移动传感网的生存周期。

【技术实现步骤摘要】
一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法
本专利技术涉及移动网络
，尤其涉及一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法。
技术介绍
移动感知系统应用越来越广泛,如监控野生动物的ZebraNet和TurtleNet,在手持设备中嵌入感知模块收集城市环境信息的城市感知(urbansensing),以及将传感器节点安装在车辆上收集城市交通状况的Cartel等。在这些应用中，传感器往往稀疏部署，通信距离有限的传感器随物体移动而变化，很难形成一个全连通的无线网络，只能形成局部连通、相互隔离且拓扑动态变化的无线网络。网络依赖节点移动带来的通信机会实现数据的转发。机会移动传感器网络采用“存储—携带—转发”的模式转发消息，即节点在收到消息后，没有合适的转发节点时存储消息，在移动过程中遇到sink节点或合适的转发节点时，才进行转发，通过这种方式实现网络的数据收集功能。目前有几种近似的技术方案，一种称为Flooding机制，用来收集鲸鱼传感器网络数据，把传感器嵌入在鲸鱼身上，通过将生成的数据消息拷贝给每个相遇的鲸鱼节点，当游过部署在海面浮标上的sink节点附近时，将数据上传到sink节点。该机制实际上是传染转发机制，如果传感器节点的缓存足够大，这种机制的数据传输成功率就高，但网络开销很大。另外一种称为SCAR（sensorcontext-awarerouting）的机会数据收集机制，针对不连通移动传感器网络，每个节点关联的传输概率不是基于前述的节点相遇状况，而是基于节点上下文信息（包括节点邻居变化率、能量等）定义。该机制估计传输概率的计算非常复杂，在资源紧张的传感器节点上不是非常合适。第三种称为ADG(AdaptiveDataGathering)自适应的数据收集机制，针对具有不同传输质量需求的信息采集应用，每个节点关联一个持续变化的“转发概率”参数，每个消息关联一个动态调整的“重要因子”参数，在辅以其他参数自适应确定消息在网络中的复制次数，使数据收集机制既能满足数据传输性能的要求，又具有小的网络开销。还有一种方案，提出了一个基于虚拟空间的路由机制，采用“存储-携带-转发”的传输模式实现数据收集。每个传感器节点根据与多个sink节点的期望传输延迟映射成高维空间中的一个坐标点,消息传输对应于从源节点移动到空间原点的过程。机会移动传感网：传感器往往稀疏部署，通信距离有限的传感器随物体移动而变化，很难形成一个全连通的无线网络，只能形成局部连通、相互隔离且拓扑动态变化的无线网络，网络依赖节点移动带来的通信机会实现数据的转发。感知方向：移动节点相对于Sink节点的瞬时移动趋势：趋近或远离Sink节点，称为移动节点的感知方向。两个节点相遇时，可计算它们对方向的感知。数据转发：在传感网中，相遇的移动节点之间、移动节点与Sink节点之间、Sink节点与骨干网见进行的数据传输。数据收集：传感网络中，将各传感器检测到的数据集中到数据中心进行存储和处理。转发冗余：同一个消息在传感网中被转发的次数或同时存在的副本数目。能量剩余阈值：一个传感器维持正常工作所需要的最低能量值，低于这个值，传感器可能随时会停止工作或不能保证正常工作。在机会移动传感网中现有的数据收集方法中，普遍存在的缺点有：（1）网络中消息冗余高；（2）数据收集算法复杂，这是因为约束参数过多的缘故；（3）网络效能较差，数据收集效率较低；（4）传感器能量消耗大，生存周期短。例如：第一种方案Flooding机制，实际上是传染转发机制，需要传感器节点有足够大的缓存才能保证数据传输成功率，消息冗余很高，网络开销很大，数据收集效率和传感器生存周期都较低；第二种方案SCAR机制，估计传输概率的计算非常复杂，传感器能量消耗大，在资源紧张的传感器节点上不是非常合适，网络效能和生存周期短；第三种方案ADG(AdaptiveDataGathering)机制，每个节点关联一个持续变化的“转发概率”参数，每个消息关联一个动态调整的“重要因子”参数，还有其他参数，数据收集算法过于复杂，影响网络效率和生存周期；第四种方案与第三种方案类似，在实际应用中面临挑战。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是如何减少消息冗余度，降低算法复杂度，提高传感网的数据收集成功率和生存周期。为了解决以上技术问题，本专利技术公开了一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法，用i,j分别代表任意两个移动传感器s1、s2，它们的方向夹角分别为αi，αj，包括以下步骤：（1）若i,j在Sink节点的通信半径范围内，直接把消息转发给Sink节点，然后清空自身的消息缓存以存储新的消息，i,j之间不发生数据转发；（2）若i,j在Sink节点通信半径范围之外，把数据优先转发给更有利于接近Sink节点的传感器；（3）数据最后由Sink节点转发给骨干网，完成数据收集。本专利技术利用方向感知引导，只需要少量参数约束即可完成数据转发，可显著降低消息冗余、算法简单实用、传感器能量消耗小，能提高网络效能和数据收集成功率，延长机会移动传感网的生存周期。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，其中：图1是本专利技术实施例机会移动传感网中s1和s2相遇示意图。图2是本专利技术实施例T时刻s1的随机位置分布图。图3是本专利技术实施例T+τ时刻s1瞬时移动后的位置分布图。图4是本专利技术实施例以方向感知引导的数据收集流程图。具体实施方式参照图1-4对本专利技术的实施例进行说明。为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。在机会移动传感网中，对于两个相遇移动传感器i,j，以下面的技术方案来进行数据转发，从而实现以感知方向引导的数据收集。数据收集方法只用到了三个约束参数：移动传感器相对于Sink节点的通信夹角β、感知方向α和它们的能量剩余E，数据收集算法简单实用。下面是具体的技术方案描述：（1）移动传感器i,j相遇时，计算相距最近的Sink节点移动传感器i,j分别用s1和s2表示，如图1所示，当s1和s2相遇时，在数据场中可以将s1、s2视为一个点，这个点与Sink1、Sink2和Sink3的距离分别为d1、d2和d3。每个Sink节点的有效通信半径为r，构成以节点为圆心、r为半径的通信圆。一般情况下，认为Sink节点之间的间距远远大于其有效通信半径r。当两个传感器s1、s2相遇时，假设它们的位置为(x0,y0)，Sink节点的位置为(xk,yk),k＝1,2,3，则相遇时与各Sink节点的距离由图1可见，d1≤d2≤d3。此时，s1、s2在进行感知方向计算时，将选择距离它们最近的Sink1节点为基点。（2）移动传感器i,j相遇时，计算各自的通信夹角β移动传感器i,j分别用s1和s2表示，如图2所示，在T时刻，建立以Sink节点为原点的X-Y直角坐标系，设Sink节点的位置为(0,0)，某个移动传感器s1的位置为(x1,y1)。Γ1为s1相对于Sink节点的法线方程，Ψ1为通过s1并与Γ1垂直的直线，则可构造T时刻以s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法，用i,j分别代表任意两个移动传感器s1、s2，它们的方向夹角分别为αi，αj，其特征在于，包括以下步骤：（1）若i,j在Sink节点的通信半径范围内，直接把消息转发给Sink节点，然后清空自身的消息缓存以存储新的消息，i,j之间不发生数据转发；（2）若i,j在Sink节点通信半径范围之外，把数据优先转发给更有利于接近Sink节点的传感器；（3）数据最后由Sink节点转发给骨干网，完成数据收集。

【技术特征摘要】
1.一种机会移动传感网中方向感知引导的数据收集方法，用i,j分别代表任意两个移动传感器s1、s2，传感器瞬时运动方向与传感器到Sink节点连线所构成的感知方向分别为αi，αj，其特征在于，包括以下步骤：(1)若i,j在Sink节点的通信半径范围内，直接把消息转发给Sink节点，然后清空自身的消息缓存以存储新的消息，i,j之间不发生数据转发；(2)若i,j在Sink节点通信半径范围之外，查询i,j的能量剩余E情况，若两个传感器E值均低于其阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁泉，张永晖，聂明星，徐翔，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：