移动元素与分簇混合的传感器网络数据收集方法

摘要

本发明提供了一种移动元素与分簇混合的传感器网络数据收集方法，首先构建随机无线传感器网络，然后构建出一个基于多动态簇头节点自动更新的并行通信骨干数据传输网络，利用触发机制动态簇头不断收集各簇簇内数据信息，利用移动元素反复轮询收集动态簇头元素所收集到的各簇簇内数据信息；对收集过程中能量较低的工作节点及时进行切换或补充，移动元素对所收集到的数据进行数据聚合后无线传输给基站。本发明覆盖能力强，网络连通性好，具备较长的能量有效性以及精确的计算结果。

主权项

1.一种移动元素与分簇混合的传感器网络数据收集方法，其特征在于包括下述步骤：A.构建随机无线传感器网络；B.构建一个基于多动态簇头节点自动更新的并行通信骨干数据传输网络，包括以下步骤：(B1)利用移动元素首轮轮询补充传感器节点：移动元素进入虚拟小方格内中心位置发出询问信号，如接收到传感器节点应答信号，认为虚拟小方格内有传感器节点；否则，认为虚拟小方格内无传感器节点，移动元素补充一枚传感器节点到虚拟小方格的中央；(B2)利用CSMA机制选取各虚拟小方格内的工作节点ASN：首先，在第一个时隙△T后，位于同一虚拟小方格内所有的传感器节点将执行指数退避，其中仅有唯一的传感器节点最终能够竞争信道成功从而成功传输帧信息数据，该传感器节点将被选为工作节点；成功传输的帧信息数据将被在同一及相邻的虚拟小方格内的传感器节点侦听到，从而在同一虚拟小方格内其它传感器节点将停止退避并且转为睡眠模式以节约能量开销；(B3)各工作节点估计出其所处的行号和簇号：各工作节点根据GPS模块的地理位置参数信息计算出其所处的行号i₀和簇号j₀，$\left\{\begin{array}{c}{i}_0=\left[\frac{y_0-y_{\mathrm{GPS}}}{d}\right]\\ j_0=\left[\frac{x_0-x_{\mathrm{GPS}}}{d}\right]\end{array}\right.,$其中，(x₀,y₀)=（0,0），表示感知区域顶点的坐标，(x_GPS,y_GPS)表示工作节点坐标，d表示虚拟小方格边长；C.收集各簇簇内数据信息，包括以下步骤：(C1)利用时钟功能自动更新动态簇头元素：感知区域内位于同一列虚拟小方格中的所有传感器工作节点将组成为一簇；每一轮数据收集过程中，位于同一行的传感器工作节点将作为动态簇头；在第n轮数据收集过程中，动态簇头行号索引$i_c=\left\{\begin{array}{cc}I,& \mathrm{if}\left(n\mathrm{mod}I\right)=0\\ \left(n\mathrm{mod}I\right),& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.,$其中，n为移动元素收集数据轮数，I为虚拟小方格内总行数；(C2)利用触发机制动态簇头不断收集各簇簇内数据信息：感知区域内虚拟小方格的第一行和最后一行作为触发行，触发行内的传感器工作节点作为触发节点，在每一个时隙△T后的开始时刻，定时发出触发信号同步各簇内元素，开始由触发节点向动态簇头元素执行感知、中继、聚合数据信息，完成一轮监测区域数据采集任务；D.利用移动元素反复轮询收集动态簇头元素所收集到的各簇簇内数据信息；对收集过程中能量较低的工作节点及时进行切换或补充，包括以下步骤：(D1)当移动元素进入虚拟小方格内中心位置时发出询问信号，接收传感器节点的应答信号，如果虚拟小方格内当前工作节点能量值低于了门限值，认为该虚拟小方格内传感器工作节点能量将要耗尽，移动元素补充一枚传感器节点到虚拟小方格内；否则，按既定路线扫描和收集动态簇头的数据信息；(D2)能量值低于门限值的虚拟小方格内若存在休眠节点，则唤醒其余休眠节点重新参与CSMA机制以选出工作节点；若仅有唯一工作节点，则移动元素补充一枚工作节点到虚拟小方格内；E.移动元素对所收集到的数据进行数据聚合后无线传输给基站。