CN106817739A - 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议 - Google Patents

一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议 Download PDF

Info

Publication number
CN106817739A
CN106817739A CN201510873573.XA CN201510873573A CN106817739A CN 106817739 A CN106817739 A CN 106817739A CN 201510873573 A CN201510873573 A CN 201510873573A CN 106817739 A CN106817739 A CN 106817739A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cluster head
node
wireless sensor
mobile sink
sensor network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510873573.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王进
曹佳溢
曹溢泉
周峰
李斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN201510873573.XA priority Critical patent/CN106817739A/zh
Publication of CN106817739A publication Critical patent/CN106817739A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明提出一种在无线传感器网络传递信息的方法，在感知区域的边缘放置一个具有固定移动轨迹的移动汇聚节点；无线传感器网络等分为若干个簇集，每一个簇集选取各自的簇头；使用贪心算法将各簇头构成一条链；选取与移动汇聚节点距离最近的簇头向移动汇聚节点发送数据。本发明克服了现有技术中存在的能量空洞现象以及簇头分布不均匀的问题，减轻了网络流量负载，大大延长了无线传感器网络的生命周期。

Description

一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议
技术领域
本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种在无线传感器网络中传递数据的方法。
背景技术
无线传感器网络通常是由大量微小而且低成本的传感器组成，传感器节点通过单跳或者多跳的方式向汇聚节点发送收集过来的信息。这些传感器节点本身具有计算能力、存储能力和通信能力。无线传感器网络的应用十分广泛，比如说，环境监测，智能家居，智能医疗等等。但由于应用环境的特殊性，很难为每个无线传感器更换电池，所以无线传感器网络的生命周期会受到能量的限制。如何利用每个传感器节点有限的能量资源并采用一种高效数据传递方法，使能量消耗和能量负载达到平衡成为一个重要的研究课题。
典型的无线传感器网络包括密集部署的静态传感器节点和一个静态的汇聚节点。靠近汇静态聚节点的无线传感器节点负担着较重的数据流量，因能量消耗较快而容易出现能量洞，大大降低了无线传感器网络的生命周期。所以，在传统的路由协议中，为减少能量消耗，通过减少信息传播的跳数和数据量成为首选策略，但是仍然避免不了靠近静态汇聚节点的传感器节点出现能量消耗较快的现象。一些研究者便提出了移动的汇聚节点的策略，这样移动的汇聚节点附近的传感器节点会随着时间变化而变化，在某种程度上平衡了整个无线传感器网络的能量消耗，相比了静态汇聚节点大大延长了无线传感器网络的生命周期。例如，PEGASIS路由协议在能量平衡和延长无线传感网生命周期方面取得了很好的效果，但是该路由协议所采用的信息传递方法依然存在缺陷：容易出现长链的现象；选取链头的机制容易出现链头离汇聚节点较远的现象；每一轮数据收集结束后链的切除将造成大量的通信开销。再例如，MECA路由协议采取了移动汇聚节点的信息传递方案，在延长无线传感器网络生命周期方面取得显著成效，但是在该方案中，远离汇聚节点的簇头由于长距离的数据传输，会造成能量消耗过快的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在无线传感器网络中传递数据的方法，克服了现有技术 中存在的能量空洞现象以及簇头分布不均匀的问题，减轻了网络流量负载，大大延长了无线传感器网络的生命周期。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种在无线传感器网络传递信息的方法，在感知区域的边缘放置一个具有固定移动轨迹的移动汇聚节点；将无线传感器网络等分为若干个簇集，每一个簇集选取各自的簇头；使用贪心算法将各簇头构成一条链；选取与移动汇聚节点距离最近的簇头向移动汇聚节点发送数据。
较佳地，所述移动汇聚节点沿圆弧形感知区域边缘顺时针或者逆时针方向移动。
较佳地，将每个簇集内拥有最高剩余能量的传感器节点作为所述簇头。
较佳地，选择拥有最高剩余的传感器节点时，将位于簇集中央的传感器节点作为候选簇头，所述候选簇头在一定范围内向其他传感器节点广播包含有其ID和剩余能量信息的数据包；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量大于所述候选簇头，则将该传感器节点作为新的候选簇头；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量与所述候选簇头的剩余能量相等，则将两者中具有较小ID者作为新的候选簇头；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量小于所述候选簇头的剩余能量，则所述候选簇头继续广播所述数据包；直至选出簇集内拥有最高剩余能量的传感器节点。
较佳地，各传感器节点向簇头发送数据时，通过中继节点选择能量消耗最小的路由向簇头发送数据。
较佳地，与移动汇聚节点距离最近的簇头将自身的数据与来自其他簇头的数据融合后传递给移动汇聚节点。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，(1)通过数据融合大大减少了传感器节点发送的数据量；(2)通过采用移动汇聚节点，避免了能量空洞现象；(3)采用贪心算法将簇头构成一条链，由靠近移动汇聚节点的簇头发送数据，避免了由离汇聚节点较远的簇头发送数据时由于数据长距离传输而造成的能量消耗过快的问题。
附图说明
图1是实施本发明的一个无线传感器网络示意图。
图2是本发明中的簇头选择流程图。
图3是本发明中簇头成链流程图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发在无线传感器网络传递信息的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
结合图1，无线传感器网络包括由各圆点表示的无线传感器，无线传感器网络的感知区域为半径为R的圆形区域，无线传感器网络被等分为五个扇形的簇集，每一个簇集有一个以三角形表示的簇头，在感知区域边缘放置一个由五角星表示的移动汇聚节点，带有圆圈的三角形表示选定的链头节点。
移动汇聚节点的移动轨迹
移动汇聚节点沿着顺时针或者逆时针方向以速度v沿圆弧形感知区域边缘移动，例如设定为以速度值为20并沿着顺时针方向移动。移动汇聚节点只需要在一开始向无线传感器网络广播它的当前位置p0，网络中的节传感器点就可以根据移动汇聚节点的移动速度计算出经过一段时间Δt后其所到大的位置pΔ t，计算公式如下：
当移动汇聚节点广播信息完成后，就准备接受数据。移动汇聚节点在接收数据时会停留足够长的时间以保证完成一轮数据的收集，然后再移动到下一位置。
本发明采用移动汇聚节点，按照一定的周期移动，实现了移动汇聚节点周围传感器能量负载平衡，有效的避免了能量空洞的现象。将感知区域平均分成若干等份作为每一个簇集，每一个簇集内只有一个簇头，相比较传统的LEACH路由协议等，可以有效避免簇头分布不均匀的问题。
簇头选取
每一个簇集内只有一个簇头，相同的簇集内的其他传感器节点发送数据给簇头节点，然后簇头节点进行数据融合，从而减少了流量负载。
在选择簇头时，首先选择每个簇集中央的传感器节点Si作为簇头节点的候选者，然后传感器节点Si在范围R内广播一个包含有其ID和剩余能量信息的数据包，只有在发送范围R内的其他传感器节点可以接受到这个广播信息，目的是为了让簇内其他传感器节点竞争成为簇头。如果传感器节点Sj的剩余能量大于传感器节点Si的剩余能量，则将 传感器节点Sj作为新的簇头候选者，并由传感器节点Sj在范围R内广播一个包含有其ID和剩余能量信息的数据包，进行下一轮簇头竞争；如果传感器节点Sj的剩余能量和传感器节点Si的剩余能量相等，则将带有较小ID的传感器节点作为新的簇头候选者；如果传感器节点Sj的剩余能量小于传感器节点Si的剩余能量，则传感器节点Si继续广播包含有其ID和剩余能量信息的数据包。经过前述竞争，每个簇内拥有最高剩余能量的传感器节点将成为簇头。其中，i和j分别为簇内不同传感器节点的编号，用于表示不同的传感器节点。
簇内路由选择
每个传感器节点发送一个l-bits信息经过距离d所消耗的能量ETx以及接受数据所消耗的能量ERx的能量公式如下：
ERx(l)＝lEelec
其中，Eelec表示发送器或者接收器发送或者接收每一位数据需要消耗的能量，εfs和εmp分别表示发送器放大器的功效和信道条件。
簇集内任意一个传感器节点Si，直接发送数据到簇头所需要消耗的能量 的能量公式如下：
可以看出，当若离簇头较远的传感器节点Si直接发送数据给簇头时，会产生较多的能量消耗，所以需要选择一个传感器节点Sj作为中继节点，从传感器节点Si到中继节点Sj再到簇头所消耗的能量的能量公式如下：
节点之间路由选择就根据和中选取能量消耗值较小的路径：
E(Si)便是传感器节点Si选择中继节点的判断标准。
本发明簇集内的传感器节点根据其与簇头之间的距离选择直接向簇头发送数据或者通过中继节点间接向簇头发送数据，并不是如传统的簇内路由协议那样直接向簇头发送数据，离簇头较远的传感器节点可以选择合适的中继节点发送数据，避免了因为长距离传输消耗过多的能量。
簇头成链
数据传输时，先在各簇头中确定链的链头节点，然后将各簇头成链，各簇头将数据传递给链头节点，链头节点把数据与自身的数据融合后直接与移动汇聚节点通信。
确定链头节点的步骤如下：
(1)移动汇聚节点向每个簇头发出广播信息，要求每个簇头接收到信息后反馈自身的ID和所在的位置坐标位置坐标由各簇头现场测量得到。
(2)收到移动汇聚节点广播的前述信息的簇头开始单播发送反馈信息给簇头，非簇头的传感器节点不做任何反应，进入休眠状态。
(3)移动汇聚节点接收到簇头反馈信息后计算各个簇头到移动汇聚节点的距离D(CHi,SIN)，取距离移动汇聚节点最近的簇头作为链头节点。
距离D(CHi,SIN)的计算公式如下：
其中，(Xsin,Ysin)为移动汇聚节点的坐标。
链头节点确定后，利用PEGASIS思想，采用贪心算法将各簇头成链。
如果簇头直接向移动汇聚节点发送数据，则距离汇聚节点较远的簇头会应为长距离的数据传输导致能量消耗过快。而本发明将各簇头通过贪心算法构成一条链，选取距离移动汇聚节点最近的簇头作为这条链的链头节点向汇聚节点发送数据，不但避免了长距离传输，而且数据融合大大减少了传输的数据量。

Claims (6)

1.一种在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，在感知区域的边缘放置一个具有固定移动轨迹的移动汇聚节点；无线传感器网络等分为若干个簇集，每一个簇集选取各自的簇头；使用贪心算法将各簇头构成一条链；选取与移动汇聚节点距离最近的簇头向移动汇聚节点发送数据。
2.如权利要求1所述在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，所述移动汇聚节点沿圆弧形感知区域边缘顺时针或者逆时针方向移动。
3.如权利要求1所述在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，将每个簇集内拥有最高剩余能量的传感器节点作为所述簇头。
4.如权利要求3所述在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，选择拥有最高剩余的传感器节点时，将位于簇集中央的传感器节点作为候选簇头，所述候选簇头在一定范围内向其他传感器节点广播包含有其ID和剩余能量信息的数据包；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量大于所述候选簇头，则将该传感器节点作为新的候选簇头；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量与所述候选簇头的剩余能量相等，则将两者中具有较小ID者作为新的候选簇头；如果接收到所述数据包的传感器节点的剩余能量小于所述候选簇头的剩余能量，则所述候选簇头继续广播所述数据包；直至选出簇集内拥有最高剩余能量的传感器节点。
5.如权利要求1所述在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，各传感器节点向簇头发送数据时，通过中继节点选择能量消耗最小的路由向簇头发送数据。
6.如权利要求1所述在无线传感器网络传递信息的方法，其特征在于，与移动汇聚节点距离最近的簇头将自身的数据与来自其他簇头的数据融合后传递给移动汇聚节点。
CN201510873573.XA 2015-12-02 2015-12-02 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议 Pending CN106817739A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510873573.XA CN106817739A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510873573.XA CN106817739A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106817739A true CN106817739A (zh) 2017-06-09

Family

ID=59105775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510873573.XA Pending CN106817739A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106817739A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107396419A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 扬州大学 一种基于优化k‑means的多移动节点数据收集方法
CN108770033A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 扬州大学 基于移动汇聚节点固定移动轨迹改进的聚类方法
CN109270219A (zh) * 2018-10-17 2019-01-25 广州益牛科技有限公司 室内装修污染气体智能无线检测系统
CN109587696A (zh) * 2018-11-05 2019-04-05 浙江农林大学 一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法
CN109905461A (zh) * 2019-01-24 2019-06-18 苏州迈荣祥信息科技有限公司 一种基于云服务的信息交换方法及系统
CN111510983A (zh) * 2020-03-19 2020-08-07 东北电力大学 一种结合信任度的无线传感器网络簇头选举方法
CN111654413A (zh) * 2020-05-18 2020-09-11 长沙理工大学 一种网络流量有效测量点的选取方法、设备及存储介质
CN113330280A (zh) * 2018-12-20 2021-08-31 大众汽车股份公司 用于导航车辆的方法
CN115835255A (zh) * 2023-02-17 2023-03-21 浙江天演维真网络科技股份有限公司 无线传感器网络使用寿命优化方法及无线传感器网络系统
WO2023092839A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 江苏科技大学 一种基于时效性的海面覆盖空洞修复分配方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102158927A (zh) * 2011-05-20 2011-08-17 北京邮电大学 一种高能效的无线传感器网络非均匀分簇路由方法
CN103298054A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 四川大学 一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议
CN103347288A (zh) * 2013-06-08 2013-10-09 哈尔滨工程大学 一种无线传感器网络不等宽度分层路由协议方法
CN103596222A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 河海大学常州校区 基于移动Sink位置可预测的无线传感器网络数据采集方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102158927A (zh) * 2011-05-20 2011-08-17 北京邮电大学 一种高能效的无线传感器网络非均匀分簇路由方法
CN103298054A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 四川大学 一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议
CN103347288A (zh) * 2013-06-08 2013-10-09 哈尔滨工程大学 一种无线传感器网络不等宽度分层路由协议方法
CN103596222A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 河海大学常州校区 基于移动Sink位置可预测的无线传感器网络数据采集方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
阴玥: "能量高效的无线传感器网络分簇路由算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107396419A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 扬州大学 一种基于优化k‑means的多移动节点数据收集方法
CN108770033A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 扬州大学 基于移动汇聚节点固定移动轨迹改进的聚类方法
CN109270219A (zh) * 2018-10-17 2019-01-25 广州益牛科技有限公司 室内装修污染气体智能无线检测系统
CN109587696B (zh) * 2018-11-05 2021-11-30 浙江农林大学 一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法
CN109587696A (zh) * 2018-11-05 2019-04-05 浙江农林大学 一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法
CN113330280A (zh) * 2018-12-20 2021-08-31 大众汽车股份公司 用于导航车辆的方法
CN109905461A (zh) * 2019-01-24 2019-06-18 苏州迈荣祥信息科技有限公司 一种基于云服务的信息交换方法及系统
CN109905461B (zh) * 2019-01-24 2020-07-10 紫光云引擎科技(苏州)有限公司 一种基于云服务的信息交换方法及系统
CN111510983A (zh) * 2020-03-19 2020-08-07 东北电力大学 一种结合信任度的无线传感器网络簇头选举方法
CN111654413A (zh) * 2020-05-18 2020-09-11 长沙理工大学 一种网络流量有效测量点的选取方法、设备及存储介质
CN111654413B (zh) * 2020-05-18 2022-07-26 长沙理工大学 一种网络流量有效测量点的选取方法、设备及存储介质
WO2023092839A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 江苏科技大学 一种基于时效性的海面覆盖空洞修复分配方法
CN115835255A (zh) * 2023-02-17 2023-03-21 浙江天演维真网络科技股份有限公司 无线传感器网络使用寿命优化方法及无线传感器网络系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106817739A (zh) 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议
Zheng et al. Adaptive communication protocols in flying ad hoc network
Menon et al. Comparative analysis of opportunistic routing protocols for underwater acoustic sensor networks
Teng et al. Adaptive transmission power control for reliable data forwarding in sensor based networks
Coutinho et al. A novel opportunistic power controlled routing protocol for internet of underwater things
CN104602302B (zh) 一种基于分簇结构的ZigBee网络能量均衡路由方法
CN102036338A (zh) 一种基于数据驱动链路估计的传感器网络实时路由方法
CN105246119B (zh) 一种车载自组织网络的单播路由转发方法和装置
CN102857989B (zh) 一种面向移动传感网的自适应路由方法
Arshad et al. Energy efficient cluster head selection in mobile wireless sensor networks
Baranidharan et al. Clustered geographic-opportunistic routing protocol for underwater wireless sensor networks
CN104010338A (zh) 一种基于终端能量感知的改进aodv路由方法
CN106937349A (zh) 基于移动汇聚节点和蚁群算法的无线传感器网路由协议
CN103096411A (zh) 基于反向能量限制路由协议的物联网通信方法
Eslaminejad et al. Classification of Energy-Efficient Routing Protocols for Wireless Sensor Networks.
Naeimi et al. Directional multi–hop clustering routing protocol for wireless sensor networks
Wang et al. An energy-balanced ant-based routing protocol for wireless sensor networks
Rao et al. Spider monkey optimisation based energy efficient clustering in heterogeneous underwater wireless sensor networks
Bae et al. Cross-layer QoS architecture with multipath routing in wireless multimedia sensor networks
CN103581838B (zh) 一种Ad Hoc网络信息共享方法
Soni et al. Location-based routing protocols in wireless sensor networks: a survey
Quynh et al. Improving energy efficiency for ARPEES routing protocol in wireless sensor networks
Wang et al. A Routing Protocol for Asymmetric Links in UAV Ad Hoc Network
CN104780585A (zh) 一种基于位置信息的机会网络数据转发方法
CN104618981A (zh) 一种dtn环境下基于位置和方向的优先级路由方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170609

RJ01 Rejection of invention patent application after publication