基于多跳路由与移动元素的无线传感器网络数据收集方法

摘要

本发明提供了一种基于多跳路由与移动元素的无线传感器网络数据收集方法，由无线传感器节点和基站组成网络，通过传感器节点位置确定及身份确定，对移动元素行走路线进行规划，完成传感器节点与移动元素之间的信息传输，移动元素将行走期间收集来的信息传给基站，直至网络死亡。本发明能适应无线传感器网络大规模、自组织、随机部署、环境复杂等特点，适合在人员稀少的野外环境等环境下大量部署和使用，将移动元素与传统的分簇算法进行结合，可高效准确的传输数据，并降低了传感器节点的能量消耗，跟随节点死亡变换拓扑结构，重新选取簇首节点与二级簇头，最大程度降低簇头节点的耗能，增加网络总体的存活时间。

主权项

一种基于多跳路由与移动元素的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：无线传感器节点抛洒及网络构建建立一个由无线传感器节点和基站组成正方形无线传感器网络，基站位于无线传感器网络区域中心，传感器节点由无人机随机抛洒在基站周围，每个传感器节点都有特定的ID编号；步骤2：传感器节点位置确定及身份确定各传感器节点通过自身安装的GPS定位系统获得自己的位置信息，并将自己的位置信息通过各传感器节点多跳传输的方式传递给基站，基站根据各节点位置信息的分布密度选取第一级簇头CH(Cluster Heads)，选取簇头的机制如下：设传感器节点的数据收发半径最大为r，确定在每一个传感器节点为中心r为半径的圆内的有效传感器节点的个数，并将有效传感器节点的ID进行记录，按每个传感器节点周围有效传感器节点的个数多少制作路由表，并按照有效传感器节点的个数从大到小排列，选取周围有效传感器节点个数最大的点即该路由表表头的点为CH，之后检查周围有效传感器节点个数排在第二位的点是否已选出并存在于CH点的路由表内，若已在路由表中，则排在第二位的节点定位为普通节点；若不在路由表中，则定为CH，以此类推，直到路由表内所有节点筛选完毕；步骤3：移动元素行走路线规划本发明将移动元素ME(Mobile Element)行走路线问题看作旅行商问题，利用最近邻算法的优化算法来进行ME行走路线的规划：选取距行走路线的直线距离小于ME的数据收集覆盖半径R的传感器节点为次级簇头VH(Virtual Heads)，即ME的行走路线确定后，计算各传感器节点到该路线的垂直距离，如果垂直距离小于ME的覆盖半径，也就是该传感器节点在ME的覆盖半径之内，即ME能够接收到该点传来的信息，否则该点被选为VH；步骤4：传感器节点与移动元素之间的信息传输网络中各传感器节点接收到基站传来的其他传感器节点的身份信息以及数据传递信息后，每个传感器节点收集该传感器节点能收集到的所有信息，包括温度、湿度、压力、磁场、声音、气体和放射线信息，并把收集到的信息传输给离该传感器节点最近的CH或VH节点，最近的CH或VH节点将信息暂存，等待ME经过时将信息传输给ME，ME是从整个正方形区域的中心出发沿着基站规划好的ME的行走路线行走；步骤5：移动元素ME返回基站后，并将ME行走期间从CH或VH节点收集来的所有信息传给基站，移动元素ME按照规划路线重复行走；从ME刚开始行走直至有一个节点死亡的时间记为该节点在网络中的存活时间，当网络中有一个节点死亡时，视为该网络死亡，基站重新执行步骤2，即根据各节点位置信息的分布密度，重新进行位置确定及身份确定，并把最新的路线规划告知ME，在下一轮的ME行走时，ME将按照新的路线收集数据。