[发明专利]移动汇聚节点、具有移动汇聚节点的无线传感器网络

说明书

技术领域

本发明涉及移动汇聚节点、具有移动汇聚节点的无线传感器网络，特别涉及使用定向天线的移动汇聚节点、和具有移动汇聚节点的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络具有广泛的应用，通过在事件发生地附近密集地部署以无线方式连接的传感器节点，可以收集感兴趣的信息。

在传感器网络中，设置有具有收集来自其他传感器节点的信息的功能的节点，将这样的节点称为汇聚节点(sink node)。在多个传感器节点相互连接形成的传感器网络中，由于通信集中在与汇聚节点相邻的节点，所以这些相邻的节点的电力消耗巨大，成为通信的瓶颈。

为了解决上述问题，提出了一种使汇聚节点移动来有效收集数据的方法。将具有这种功能的节点称为移动汇聚节点(mobile sink)。作为这种移动汇聚节点的例子，例如有配备了计算装置和通信装置的急救车。

通过使移动汇聚节点移动，可以具有如下优点。

通过移动到数据收集对象的节点附近，可以以数跳(hop)实现所有的传感器节点和移动汇聚节点间的通信。

并且，由于在传感器网络中移动，数据中继的成本由整个网络分摊，而不是集中在这个汇聚节点的附近，所以不会如固定汇聚节点那样产生通信集中的节点。

但是，对于现有的移动汇聚节点，存在的问题是，因为移动汇聚节点位置的变化，引起大量的数据包丢失和传输延迟。在数据汇聚节点以较高的速度移动的时候，这些问题特别严重。

图19表示现有的移动汇聚节点存在的问题的模式图。在图19中，随着移动汇聚节点的移动，移动汇聚节点可以接收数据的区域也随之移动。当移动汇聚节点位于A点时，向圆圈内的各个节点发出发送数据的请求。各个节点响应该请求发送数据，但由于移动汇聚节点移动到B点，所以会出现位于阴影内的节点无法直接发送数据给移动汇聚节点，从而产生数据包丢失、及阴影内的节点白白浪费了能量的情况。

发明目的

本发明的目的是提供一种使用定向天线的移动汇聚节点、具有移动汇聚节点的传感器网络，解决现有的移动汇聚节点中存在的当汇聚节点移动时产生的因移动汇聚节点收不到传感器节点的信息造成的数据包丢包、传送效率低下及传感器节点的能量使用效率低的问题。

本发明利用速度信息，汇聚节点利用定向天线沿着其运动方向广播需求数据包，预先安排按需路由。当这个移动数据汇聚节点沿着它原来的方向继续行进的时候，收集从附近传感器节点回来的数据。如果将预先安排的按需路由预先仔细地调整到适当的程度，返回的数据将在到达数据集中点的时候遇到这个移动汇聚节点，从而提高数据包投递率，降低能量消耗。

附图说明

图1是本发明的移动汇聚节点具体的结构

图2是本发明的移动汇聚节点位置和波束模式图

图3表示本发明的作为移动汇聚节点速度v的函数的最佳波束宽度

图4表示本发明的功率感知IDDA的按需扩散区域

图5表示本发明的数据汇聚节点周期性地发送查询请求并接收数据的过程图

图6表示总跳数K＝4时的需求扩散和数据报告过程

图7说明图6的需求扩散和数据报告过程的时序图。

图8表示移动汇聚节点穿过方形传感器区域时的模拟过程

图9表示参数a对网络性能的影响。

图10表示优化参数a与最大PDA的关系。

图11和12表示具有不同节点密度的包传输率和目标检测率。

图13表示每个数据报告的能量消耗的比较

图14表示成功数据包投递率的比较

图15表示目标检测率的比较

图16表示本发明实施例2的行人手持PDA或移动电话，利用定向天线向前进的方向定向发送数据需求请求的示意图。

图17表示PDA或移动电话中的定向天线的安装方法。

图18表示内置了加速度传感器的PDA或移动电话。

图19时现有的移动汇聚节点产生通信失败的示意图

具体实施方式

第1实施例

本发明的传感器网络，其中有N个节点随机地分布在一个传感区域内。移动汇聚节点用于收集它附近的信息。移动汇聚节点例如可以是装载了汇聚节点的移动的车辆，在区域内随机分布了大量传感器节点。车辆以预定的速度通过这个地方。车辆收集以自己为中心，例如1000米为半径的圆形区域内的信息。由于这些传感器的无线电通信距离远小于这一半径，因此必须以一种多跳方式将数据发射给移动汇聚节点。

关于这一传感器网络体系结构，作出如下假设：