基于Gabriel图的无线传感器网络的数据通信方法

摘要

本发明公开一种基于Gabriel图的无线传感器网络数据通信方法，主要解决现有技术中节点发射功率统一带来的能量浪费和通信干扰及对节点负载均衡考虑不足的问题，其实现方案是在最大功率拓扑MPG基础上结合Gabriel图对网络进行拓扑控制，调整节点发射功率，更新邻居节点集并得到候选节点集，形成网络数据通信拓扑，进而根据新的路径成本引进轮盘赌选择方法，以概率路由方式将数据经多跳传输给汇聚节点sink，并在网络某节点死亡或移动时及时维护数据通信拓扑，保证网络继续运行。本发明的数据通信方法能够有效地提高整个网络的能量使用效率，降低节点通信干扰，延长网络生存时间，可用于大规模无线传感器网络。

主权项

一种基于Gabriel图的无线传感器网络的数据通信方法，针对无线传感器网络自组织的体系结构，采用概率路由方式实现数据通信，其特征在于，包括如下步骤：(1)无线传感器网络WSNs中各节点以最大发射功率广播位置信息，并记录邻居节点信息，构造初始邻接表，形成网络最大功率拓扑MPG；(2)根据最大功率拓扑MPG，利用Gabriel图构造算法，形成网络的Gabriel图拓扑；(3)根据Gabriel图拓扑，形成数据通信拓扑结构：(3a)节点i分别计算与Gabriel图拓扑下各邻居节点k间的距离，找出最大距离，并调整自身发射功率，使其通信半径与该最大距离一致，以降低通信干扰；(3b)节点i在调整后的新通信半径下通过发送与应答查询消息，确认并找出链路非对称的邻居节点，并从邻接表中删除链路非对称的节点，得到链路对称的邻居节点集N(i)；(3c)节点i分别计算自己和各邻居节点k到汇聚节点sink的距离，选出那些距离汇聚节点sink比自己近的节点作为自身候选节点集C(i)；(3d)重复步骤(3a)‑(3c)，直到网络中所有节点i都得到了邻居节点集N(i)和候选节点集C(i)，从而形成网络的数据通信拓扑；(4)在数据通信拓扑上，需要发送数据的节点将收集到的数据通过多跳的方式传输到汇聚节点sink：(4a)需要发送数据的节点u，按照轮盘赌选择方法从自身候选节点集C(u)中选择下一跳节点j；(4b)需要发送数据的节点u，广播信标消息告知邻居节点它所选出的下一跳节点是j，各邻居节点收到该消息后，下一跳节点j外的邻居节点均采取休眠或短暂休眠操作；(4c)需要发送数据的节点u发送数据到下一跳节点j；(4d)下一跳节点j收到数据后成为新的发送数据节点，再重复步骤(4a)‑(4c)，直到数据传输到汇聚节点sink；(5)当某节点自身剩余能量不足以完成一次数据收发时，称该节点死亡；当发生节点死亡或移动导致上述拓扑发生变化时，根据死亡或移动节点的位置信息，及时地维护网络数据通信拓扑。