CN108055686A - 农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法 - Google Patents

农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法 Download PDF

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CN108055686A CN201711483779.7A CN201711483779A CN108055686A CN 108055686 A CN108055686 A CN 108055686A CN 201711483779 A CN201711483779 A CN 201711483779A CN 108055686 A CN108055686 A CN 108055686A
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Abstract

本发明提供一种农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法，用于按照各子网络的编号顺序，遍历访问所有子网络，以进行本轮数据汇聚，当所述汇聚节点进入任意一个子网络时，根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得所述汇聚节点在该子网络中的停留位置；所述子网络通过所述无线传感器网络经网格划分而获得，任意两个相邻编号的子网络在地理位置上相邻。汇聚节点根据子网络中网络节点的分布情况和当前的剩余能量情况，选取子网络中感应节点集中、剩余能量高的位置作为停留点，使得各感应节点成为根节点的可能性均等，从而使感应节点在最大程度上均匀分担能耗。

Description

农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域，更具体地，涉及农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法。
背景技术
无线传感器网络由于具有自组织，低能耗，配置方便，成本低廉等特点，广泛应用于各类信息收集的场景。大规模的农业无线传感器网络存在节点数量多、监测面积广、分布不均匀以及能量补充困难等问题。而大规模网络传输形成的能耗漏斗效应又进一步加重了感应节点能耗不足的问题，通过引入汇聚节点(英文名称：sink节点)均衡节点负载延长整个网络的寿命，是近年来研究的一个重要方向。Sink节点就是能够接受所有感应节点传输包的某个特殊节点，主要负责无线传感器网络与外网(如eg、gprs、internet等)的连接，可看作网关节点。
由于sink节点的移动性，对于如何在满足监测应用允许的时延条件下，通过sink节点的路径规划，尽可能减少消息的发送跳数和发送距离，实现网络的能耗最优是有待解决的问题。
经文献检索发现，在现有的sink节点路径策略的研究中，sink节点的移动方式主要分为以下几种方式：
固定路径运动，是使sink节点沿着预设的路径周期性的移动，通常有圆形路径，六边形路径等，但是固定轨迹的移动方式灵活性、扩展性较差，能耗较高的节点会优先于其他节点迅速耗尽能量。
随机运动，是指在网络的区域范围内sink节点随机决定移动方向；但是随机移动的策略有一定的盲目性，不能兼顾到网络的实际需求；
受控运动，是指sink节点根据网络的实时情况，自主的选择下一时刻的位置，通常是根据网络中事件的优先级或节点的剩余能量对sink节点进行驱动。但是受控运动的sink节点虽然在移动决策时考虑了网络能量负载和数据传输需求的实际情况，但是在大规模网络中sink节点运动的不确定性可能会导致网络内信息的拥塞，而且sink节点掌握整个网络的实时状态也十分困难。
基于群体智能算法的路径规划方法，是指按照一定的最优路径算法，在给定的访问点的基础上规划一条最优路径遍历所有访问点。具体做法是将整个网络进行分簇，并在每一个簇内根据某种算法确定一个访问点，然后根据所有访问点的位置利用群体智能算法或数学规划的方法确定一条连接各访问点的最短路径；其中也包括解决带有圆形邻域的最优路径算法，即把每个访问点(一般是簇头节点)建模成一个带有可重叠圆形邻域的节点，其圆形邻域的半径为节点通信半径。规划路径时，sink节点的移动路径只需要与邻域产生交集。但是该算法只关注于sink节点移动路径距离的最小化问题，对于分簇固定、簇头节点能耗过高的问题没有很好的解决，同时，随着网络规模的扩大、分簇数量的增多，群体智能算法复杂度高、收敛慢的缺陷会严重影响sink节点的决策速率。现有sink节点的移动策略研究在能耗、时延等性能均衡方面均存在一定缺陷。
在感应节点同sink节点通信方式的选择上，现有技术主要有直接发送和分簇转发两种方式。在分簇转发的情况下，通常采取固定簇头或簇头轮转的方式向sink节点发送消息。现有技术中对于较优的规划sink节点的移动方式以及如何通过适当的路由策略均衡节点能耗，还没有有效的解决方法。
单跳的路由方式和成簇的多跳路由都存在节点能量消耗不均匀的问题。单跳路由方式下，距离sink节点较远的节点能量被大量消耗，而成簇的多跳路由方式下，簇头节点和距离簇头节点近的节点由于大量的转发需求能耗较大，容易提前死亡造成网络能量空洞。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的农业无线传感器网络移动汇聚节点动态子网划分收集方法。
根据本发明的一个方面，提供一种无线传感器网络中的汇聚节点，用于：
按照各子网络的编号顺序，遍历访问所有子网络，以进行本轮数据汇聚，当所述汇聚节点进入任意一个子网络时，根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得所述汇聚节点在该子网络中的停留位置；
其中，所述子网络通过所述无线传感器网络经网格划分而获得，任意两个相邻编号的子网络在地理位置上相邻。
优选地，所述根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得所述汇聚节点在该子网络中的停留位置，具体通过以下公式获得：
其中，Pi表示汇聚节点在第i个子网络中的停留位置；n表示第i个子网络中感应节点的个数；Eij表示第i个子网络中第j个感应节点的剩余能量；表示第i个子网络内所有感应节点的平均剩余能量；xij和yij分别表示第i个子网络中第j个感应节点的x轴坐标和y轴坐标。
优选地，所述汇聚节点还用于：
在本轮数据汇聚开始时，若生成的随机数小于第一阈值，则调整下轮数据汇聚时各子网络的边长；
获得所述子网络的边长调整范围，从所述边长调整范围中随机选取一个数值，作为下轮数据汇聚时各子网络的边长。
向每个子网络中的感应节点发送携带边长调整指令的组网信息，以使得感应节点根据所述边长调整指令确定下轮数据汇聚时自身所在的子网络；所述边长调整指令包括下轮数据汇聚时子网络的边长以及各感应节点所归属的子网络编号。
优选地，所述获得所述子网络的边长调整范围，具体包括：
边长调整范围的最小值amin根据公式获得；
边长调整范围的最大值amin根据公式获得；
其中，T表示汇聚节点每轮数据汇聚时的最大交付时延；ΔT表示安全余量；m表示子网络的总数；Tul表示汇聚节点在每个子网络停留的时隙长度；v表示汇聚节点的移动速度；ε表示路径修正系数；u表示子网络内的最大路由跳数；rc表示感知节点之间的感知通讯距离。
优选地，所述汇聚节点还用于改变所述第一阈值的大小，以调整子网络重新划分的频度。
根据本发明的另一个方面，还提供一种无线传感器网络中的感应节点，所述无线传感器网络中具有可移动的汇聚节点，所述感应节点用于：
若当前子网络的边长和平均节点度的乘积小于第二阈值，则以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据；
若当前子网络的边长和平均节点度的乘积不小于第二阈值，则以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据；
其中，所述感应节点通过所述汇聚节点发送的组网信息获知自身所处的子网络。
优选地，所述以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据，具体包括：
所述感应节点根据接收的组网信息的信号强度，获得延时时间；
在所述延时时间后向所述汇聚节点上报数据；
若所述感应节点在预设时间内接收到所述汇聚节点返回的应答消息，则进入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
优选地，所述以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据，还包括：
若在预设时间内未接收到所述汇聚节点返回的应答消息，则将所述数据转发至自身通信范围内的其他感应节点，并接收其他感应节点在接收到所述数据后发送的响应信息；
从接收到的所有响应信息中指定一个响应信息的发送者作为转发节点，并发送指定转发信息，以使得所述转发节点将所述感应节点的数据连同所述转发节点自身的数据一并转发至所述汇聚节点。
优选地，所述以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据，具体包括：
若在接收到所述组网信息后的预设时间内收到所述汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为一跳节点；
在接收到的所述数据收集信息中添加自身的唯一标识和剩余能量，获得收集回复消息；
将所述收集回复消息转发至自身通信范围内的其他感应节点，以接收其他感应节点上报的数据；
将接收的所述数据连同自身的数据上报至所述汇聚节点，之后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
优选地，所述以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据，还包括：
若在接收到所述组网信息后的预设时间内未收到所述汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为多跳节点；
将接收到的所述收集回复信息所对应的感应节点作为回复节点，根据所述回复节点的个数以及剩余能量，获得路由节点；
将数据上报至所述路由节点，并接收所述路由节点返回的应答信息；
在收到应答信息后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
本发明提出的无线传感器网络中的汇聚节点和感应节点，汇聚节点根据子网络中网络节点的分布情况和当前的剩余能量情况，选取子网络中感应节点集中、剩余能量高的位置作为停留点，使得各感应节点成为根节点的可能性均等，从而使感应节点在最大程度上均匀分担能耗。
附图说明
图1为根据本发明实施例的汇聚节点动态调整子网络范围的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的无线传感器网络的平面示意图；
图3为根据本发明实施例的汇聚节点在改变子网络边长前、后的移动轨迹示意图；
图4为根据本发明实施例的感应节点以洪泛路由协议向汇聚节点上报数据的交互示意图示意图；
图5为根据本发明实施例的感应节点以层次路由协议向汇聚节点上报数据的交互示意图示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明实施例所涉及的场景中，无线传感器网络中包括一定数量的不可移动的感应节点和可移动的汇聚节点，汇聚节点通过沿着规划的移动路径在无线传感器网络中进行移动，当汇聚节点处于感应节点的通信范围时，感应节点与汇聚节点进行信息交互，感应节点将数据上报至汇聚节点。汇聚节点每隔一定时间就会在无线传感器网络中遍历所有感应节点，每遍历一次称之为完成一轮数据汇聚。相邻两轮数据汇聚的时间并没有固定限制。
为了克服现有技术的上述问题，本发明实施例提供一种无线传感器网络中的汇聚节点，该实施例描述了一种在无线传感器网络中均匀停留，实现感应节点能耗均衡的汇聚节点。该汇聚节点用于：
按照各子网络的编号顺序，遍历访问所有子网络，以进行本轮数据汇聚，当汇聚节点进入任意一个子网络时，根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得汇聚节点在该子网络中的停留位置；子网络通过无线传感器网络经网格划分而获得，任意两个相邻编号的子网络在地理位置上相邻。
需要说明的是，为了规划汇聚节点的移动路径，本发明实施例将无线传感器网络通过网格划分为一定数量的子网络，通过对子网络以蛇形方式编号，使得任意两个相邻编号的子网络在地理位置上相邻。采用子网划分的方法，明确了汇聚节点的访问顺序，对感应节点的路由路径进行了限制，将大规模的路由问题简化为小范围的路由问题。保证了汇聚节点在每轮数据汇聚时不会遗漏一些感应节点上报的数据(假设汇聚节点出现在感应节点的通信范围时都可以成功进行信息交互)。
在实际应用时，由于每个感应节点的位置是固定不变的，因此感应节点的位置可以预先存储在汇聚节点中，而每个感应节点在本轮数据汇聚时的剩余能量，可以在汇聚节点处于感应节点的通信范围内时发送至汇聚节点。
需要注意的是，本发明实施例的汇聚节点在每个子网络中的停留位置并不是固定的，当汇聚节点进入一个子网络时，会根据该子网络中各感应节点的位置和本轮数据汇聚时感应节点的剩余能量，计算出感应节点的加权中心位置作为停留位置，这样就保证了汇聚节点不会固定停留在子网络中的某个位置，避免出现局部能耗漏斗效应，防止处于子网络中汇聚节点移动路径附近的感应节点由于过多的转发任务而提前死亡，提高网络生存周期。
在上述实施例的基础上，根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得汇聚节点在该子网络中的停留位置，具体通过以下公式获得：
其中，Pi表示汇聚节点在第i个子网络中的停留位置；n表示第i个子网络中感应节点的个数；Eij表示第i个子网络中第j个感应节点的剩余能量；表示第i个子网络内所有感应节点的平均剩余能量；xij和yij分别表示第i个子网络中第j个感应节点的x轴坐标和y轴坐标。
在上述实施例的基础上，汇聚节点还用于动态调整子网络的范围，使得无线传感器网络中的各个感应节点能够有均等的几乎分布在距离汇聚节点移动路径不同远近的位置。具体地，汇聚节点动态调整子网络范围的方法参见图1，包括：
101、在本轮数据汇聚开始时，若生成的随机数小于第一阈值，则调整下轮数据汇聚时各子网络的边长。
需要说明的是，本发明采用生成随机数的方式决定是否调整下轮数据汇聚时各子网络的边长，具体的方法是生成一个随机数x，若x小于第一阈值，则调整下轮数据汇聚时各子网络的边长。
102、获得子网络的边长调整范围，从边长调整范围中随机选取一个数值，作为下轮数据汇聚时各子网络的边长。
103、向每个子网络中的感应节点发送携带边长调整指令的组网信息，以使得感应节点根据边长调整指令确定下轮数据汇聚时自身所在的子网络；边长调整指令包括下轮数据汇聚时子网络的边长以及各感应节点所归属的子网络的编号。
需要说明的是，针对汇聚节点附近的感应节点能耗较快的问题，采取子网络动态划分的方式，在每一轮数据汇聚开始后，对是否做出子网大小调整做出判决。不断变化的子网规模使得子网内的节点重新规划路由路径，避免节点长时间处于能耗过高的状态。
汇聚节点还可以改变第一阈值的大小，以调整子网络重新划分的频度，比如将第一阈值调小，随机数小于第一阈值的概率会降低，而将第一阈值调大，随机数小于第一阈值的概率就会增加。
在上述各实施例的基础上，获得子网络的边长调整范围，具体包括获得子网络的边长调整最大值和最小值：
采用T表示汇聚节点每轮数据汇聚时的最大交付时延；v表示汇聚节点的移动速度；Tul表示汇聚节点在每个子网络停留的时隙长度；m表示子网络的总数；ε表示路径修正系数；a表示子网络的边长；则汇聚节点遍历所有m个子网络完成数据收集的时间T’估计为：
由于汇聚节点移动的路径是连续的呈蛇形，所以以路径修正系数对路径长度进行修正。
由平面几何原理可知，区域数量m与边长a的平方成反比，因此当a变小时，网络交付时延T’会随之增大，则当T’＝T时达到网络数据交付时延约束，因此存在：
边长调整范围的最小值
其中，ΔT表示安全余量；当子网络的边长满足a>amin时即可保证满足交付时延的要求。
当a增大时，子网络内的感应节点到汇聚节点停留位置的平均距离就会变长。从数据收集时延以及多跳传输稳定性的角度考虑，本实施例中子网络内的最大路由跳数为2跳，即子网络中任意位置的感应节点经过一次中继转发即可将数据传输至该区域停留位置的汇聚节点，所以a还应当满足：即其中，rc表示感知节点之间的感知通讯距离，表示子网络对角线的长度。
在一个实施例中，无线传感器网络为L×W的矩形区域，如图2所示，其中L和W分别表示矩形区域的长度和宽度，汇聚节点将将整个无线传感器网络划分为m个子网络，汇聚节点通过遍历访问全部子网络完成数据收集。汇聚节点采用正四边形子网络划分方法，设单个正方形子网络的边长为a，则无线传感器网络的长度和宽度可分别表示为：
L＝l×a+l'
W＝w×a+w'
其中l为整数，0≤l'＜a，w为整数，0≤w'＜a。l’和w’可以分别看作无线传感器网络在网格划分后产生的长度上无法满足边长为a和宽度上无法满足边长为a的多出部分。
特殊地，当时，将多出部分归入相邻的正方形区域，否则，则将多出部分划分为新的子网络，则有
将划分好的m个子网络按蛇形依次编号为1～m，保证相邻编号的子网地理位置也相邻，汇聚节点按照编号顺序对各子网络进行遍历访问。
图3示出了本发明实施例的汇聚节点在改变子网络边长前、后的移动轨迹示意图，如图可知，汇聚节点在改变子网络边长前，无线传感器网络一共划分出6个子网络，汇聚节点在6个子网络中的停留点(图中以圆点表示)依次停留进行数据汇聚，当汇聚节点改变子网络边长后，子网络的个数变更为9个，汇聚节点在变更后的子网络重新选择停留点(图中以三角形点表示)，通过动态改变子网络的大小，可以使得汇聚停留位置在网络中均匀分布，而避免固定子网络中的局部能耗漏斗效应，防止处于子网络中汇聚节点移动路径附近的感应节点由于过多的转发任务而提前死亡，提高网络生存周期。
根据本发明的另一个方面，还提供一种无线传感器网络中的感应节点，无线传感器网络中具有可移动的汇聚节点，感应节点用于：
若当前子网络的边长和平均节点度的乘积小于第二阈值，则以洪泛路由协议向汇聚节点上报数据；若当前子网络的边长和平均节点度的乘积不小于第二阈值，则以层次路由协议向汇聚节点上报数据；感应节点通过汇聚节点发送的组网信息获知自身所处的子网络。
需要说明的是，汇聚节点在进入每个子网络中时，会向子网络内的各个感应节点广播组网信息，若下一轮需要调整子网络大小，则在组网消息中加入区域调整字段(即边长调整指令)，区域调整字段包括新的子网络边长、各节点对应的子网络编号、各子网络的平均节点度等信息。
洪泛路由协议主要针对规模小，节点密度较低的子网络场景，对于该类小规模网络，简单的洪泛路由可省去不必要的控制指令交互，提高数据传输效率。而层次路由协议针对规模稍大或密度较高的子网络场景，可避免洪泛路由的多副本问题。通过调节第二阈值的大小，可以改变感应节点选择与汇聚节点进行数据上报的不同路由协议的概率，实现感应节点间的能耗均衡。
图4示出了感应节点以洪泛路由协议向汇聚节点上报数据的交互示意图，如图4所示，该过程具体包括：
感应节点根据接收的组网信息的信号强度，获得延时时间，具体地，根据公式获得延时时间td；其中，RSSI为接收信号强度，为延时修正系数。
在延时时间后向汇聚节点上报数据；需要注意的是，本实施例并不限定具体上报数据的方式，只要是防冲突的方式接口，例如比较常见的二进制指数回退方式。
若感应节点在预设时间内接收到汇聚节点返回的应答消息，则进入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。本领域技术人员可以理解的是，当感应节点在预设时间内接收到应答消息，说明数据上报成功，在本发明实施例中，感应节点在数据上报成功后会进入休眠状态，当汇聚节点下一轮数据汇聚时进入该感应节点所在的子网络中唤醒。
在上述各实施例的基础上，感应节点根据所在的子网络编号、子网络边长以及汇聚节点的移动速度以及汇聚节点在每个子网络停留位置的停留时间，确定当前子网络的上传时隙。例如，感应节点所处的子网络编号为5，子网络的边长为20m，汇聚节点的移动速度为20m/s，汇聚节点在每个子网络停留位置的停留时间为10s，那么可知汇聚节点进入编号为5的子网络的时间需要4×20×10÷20＝40s，那么感应节点就可以在本轮数据汇聚开始35s时进行唤醒(即在汇聚节点进入感应节点所在的子网络之前进行唤醒)。
在上述各实施例的基础上，若感应节点在预设时间内未接收到汇聚节点返回的应答消息，则将数据转发至自身通信范围内的其他感应节点，并接收其他感应节点在接收到所述数据后发送的响应信息。
感应节点从接收到的所有响应信息中指定一个响应信息的发送者作为转发节点，并发送指定转发信息，以使得转发节点将感应节点的数据连同转发节点自身的数据一并转发至汇聚节点。
具体地，若感应节点Sj发送数据后的预设时间内未收到来自汇聚节点的应答消息(即ACK信号)，则由感应节点Sj通信范围内的感应节点进行转发，假设感应节点Sl、Sm、Sn均收到来自感应节点Sj的数据，则以二进制指数回退方式向感应节点Sj回复响应信息Msg_forward，节点Sj选择收到的第一个Msg_forward消息进行回复，选择其作为转发节点，并发送指定转发信息Msg_forward_accept，如指定Sl，则Sm、Sn收到Msg_forward_accept消息后删除来自感应节点Sj的数据，而感应节点Sl保留来自Sj的数据并与自身数据一并转发至汇聚节点，之后感应节点Sj和感应节点Sl进入休眠状态，等待下轮数据汇聚时唤醒。
通过上述方法使得所有感应节点都能够顺利完成数据上传，需要说明的是，由于感应节点的位置已知且固定，同时汇聚节点已知全部感应节点的子网络归属，汇聚节点通过对收到的数据记录来源节点的信息即可或者获知子网络中的所有感应节点是否已数据上传完毕。
图5示出了以层次路由协议向汇聚节点上报数据的交互示意图，如图所示，该过程具体包括：
若感应节点在接收到组网信息后的预设时间内收到汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为一跳节点，之后在接收到的数据收集信息中添加自身的唯一标识和剩余能量，获得收集回复消息；将收集回复消息转发至自身通信范围内的其他感应节点，以接收其他感应节点上报的数据；将接收的数据连同自身的数据上报至汇聚节点，之后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
需要说明的是，汇聚节点在广播组网信息后，会继续广播数据收集信息，并且汇聚节点广播组网信息与广播数据收集信息的广播半径不同，汇聚节点在广播组网信息时，广播半径为即子网络对角线的长度，而在广播数据收集信息时，广播半径为rc，即感应节点间的感知通讯距离，显然广播组网信息时的广播半径更大，这是因为需要告知子网内全部节点开始组网，而在层次路由协议上传数据时，层次路由需要一级一级地构建，因此广播半径会少小一些。
即，若感应节点收到汇聚节点直接发送的数据收集信息
(Msg_collect消息)，则判定自身为一跳节点，转发数据收集消息并在消息中添加感应节点自身的唯一标识、剩余能量等，获得收集回复消息(记为Msg_collect_f)，由于一跳节点之间不进行相互转发，因此一跳节点忽略其他一跳节点的Msg_collect_f消息。
在上述各实施例的基础上，若感应节点在接收到组网信息后的预设时间内未收到汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为多跳节点；
多跳节点将接收到的收集回复信息所对应的感应节点作为回复节点，根据回复节点的个数以及剩余能量，获得路由节点：
当回复节点的个数为一个时，则将该回复节点作为自身的路由节点；
当回复节点的个数为两个时，则将两个回复节点中剩余能量较高的回复节点作为自身的路由节点；
当回复节点的个数大于两个时，则随机选择一个能量优势节点为自身的路由节点，能量优势节点为该回复节点中剩余能量大于平均剩余能量的回复节点；
将数据上报至路由节点，并接收路由节点返回的应答信息；
在收到应答信息后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络中的汇聚节点，其特征在于，用于：
按照各子网络的编号顺序，遍历访问所有子网络，以进行本轮数据汇聚，当所述汇聚节点进入任意一个子网络时，根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得所述汇聚节点在该子网络中的停留位置；
其中，所述子网络通过所述无线传感器网络经网格划分而获得，任意两个相邻编号的子网络在地理位置上相邻。
2.如权利要求1所述的汇聚节点，其特征在于，所述根据该子网络中各感应节点的位置以及剩余能量，获得所述汇聚节点在该子网络中的停留位置，具体通过以下公式获得：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mover> <msub> <mi>E</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mover> <msub> <mi>E</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Pi表示汇聚节点在第i个子网络区域中的停留位置；n表示第i个子网络中感应节点的个数；Eij表示第i个子网络区域中第j个感应节点的剩余能量；表示第i个子网络区域内所有感应节点的平均剩余能量；xij和yij分别表示第i个子网络区域中第j个感应节点的x轴坐标和y轴坐标。
3.如权利要求1或2所述的汇聚节点，其特征在于，还用于：
在本轮数据汇聚开始时，根据生成的随机数小于第一阈值，判断获知调整下轮数据汇聚时各子网络的边长；
获得所述子网络的边长调整范围，从所述边长调整范围中随机选取一个数值，作为下轮数据汇聚时各子网络区域的边长；
向每个子网络区域中的感应节点发送携带边长调整指令的组网信息，以使得感应节点根据所述边长调整指令调整下轮数据汇聚时自身所在的子网络；所述边长调整指令包括下轮数据汇聚时子网络的边长以及各感应节点所归属的子区域的编号。
4.如权利要求3所述的汇聚节点，其特征在于，所述获得所述子网络的边长调整范围，具体包括：
边长调整范围的最小值amin根据公式获得；
边长调整范围的最大值amin根据公式获得；
其中，T表示汇聚节点每轮数据汇聚时的最大交付时延；ΔT表示安全余量；m表示子网络的总数；Tul表示汇聚节点在每个子网络停留的时隙长度；v表示汇聚节点的移动速度；ε表示路径修正系数；u表示子网络内的最大路由跳数；rc表示感知节点之间的感知通讯距离。
5.如权利要求3所述的汇聚节点，其特征在于，还用于改变所述第一阈值的大小，以调整子网络重新划分的频度。
6.一种无线传感器网络中的感应节点，所述无线传感器网络中具有可移动的汇聚节点，其特征在于，所述感应节点用于：
根据当前子网络的边长和平均节点度的乘积小于第二阈值，判断以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据；
根据当前子网络的边长和平均节点度的乘积不小于第二阈值，判断以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据；
其中，所述感应节点通过所述汇聚节点发送的组网信息获知自身所处的子网络。
7.如权利要求6所述的感应节点，其特征在于，所述以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据，具体包括：
所述感应节点根据接收的组网信息的信号强度，获得延时时间；
在所述延时时间后向所述汇聚节点上报数据；
若所述感应节点在预设时间内接收到所述汇聚节点返回的应答消息，则进入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
8.如权利要求7所述的感应节点，其特征在于，所述以洪泛路由协议向所述汇聚节点上报数据，还包括：
若在预设时间内未接收到所述汇聚节点返回的应答消息，则将所述数据转发至自身通信范围内的其他感应节点，以使得接收到所述数据的其他感应节点发送响应信息；
从接收到的所有响应信息中指定一个响应信息的发送者作为转发节点，并发送指定转发信息，以使得所述转发节点将所述感应节点的数据连同所述转发节点自身的数据一并转发至所述汇聚节点。
9.如权利要求6所述的感应节点，其特征在于，所述以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据，具体包括：
若在接收到所述组网信息后的预设时间内收到所述汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为一跳节点；
在接收到的所述数据收集信息中添加自身的唯一标识和剩余能量，获得收集回复消息；
将所述收集回复消息转发至自身通信范围内的其他感应节点，以接收其他感应节点上报的数据；
将接收的所述数据连同自身的数据上报至所述汇聚节点，之后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒。
10.如权利要求9所述的感应节点，其特征在于，所述以层次路由协议向所述汇聚节点上报数据，还包括：
若在接收到所述组网信息后的预设时间内未收到所述汇聚节点直接发送的数据收集信息，则判断自身为多跳节点；
将接收到的所述收集回复信息所对应的感应节点作为回复节点，根据所述回复节点的个数以及剩余能量，获得路由节点；
将数据上报至所述路由节点，以使得所述路由节点返回应答信息；
在收到应答信号后转入休眠状态，直至下轮数据汇聚时唤醒；
其中，所述能量优势节点为所述两个以上感应节点中剩余能量大于平均剩余能量的节点。
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