[发明专利]地理位置无关的多汇聚节点部署方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体地说是一种地理位置无关的多汇聚节点部署方法。

背景技术

在无线传感器网络领域(Wireless Sensor Networks，简称WSN)，网络生存周期则是衡量各种技术的首要标准。为了延长网络生存周期就必须降低功耗，其中包括节点硬件功耗和通信功耗等。通信功耗则受到节点部署，网络环境和通信协议的影响。节点部署问题是无线传感器网络中的一个基本问题，主要有三个目标：(1)节点部署要有效地覆盖目标区域，避免出现数据采集盲区；(2)节点之间的通信要具备良好的容错能力，避免出现通信瓶颈；(3)节点密度要适中，过大的节点密度会导致信道竞争加剧，降低吞吐量和信道利用率。多汇聚节点的部署是节点部署问题的一个分支问题。汇聚节点是指无线传感器网络中采集数据的最终汇聚点，汇聚节点与汇聚节点之间采用有线相连。对于给定的一个网络拓扑，有效的多汇聚节点部署能够减少数据汇聚的路由跳数，节省通信开销和能耗，分散整个网络负载。

目前的多汇聚节点部署方法主要有：P-中值模型法和区域划分法。P-中值模型方法把多汇聚节点部署问题简化为P-中值模型问题，即在一个给定的数量和位置的需求集合和一个候选设施位置的集合下，分别为P个设施找到合适的位置并指派每个需求点到一个特定的设施，使之达到供应方和需求点之间的运输费用最低。P-中值模型法虽然简化了计算过程，但是避开了无线传感器网络中多跳路由的问题，而这恰恰是影响通信能量消耗的主要根源。区域划分法则是首先计算给定网络的分布范围，然后均匀地划分成多个小区域，小区域数量与待部署的汇聚节点数量一致，这样把多汇聚节点的问题简化为小区域中单汇聚节点的最佳部署问题。区域划分法则没有利用网络拓扑的全局信息，对于传感节点分布不均匀的情况不能有效地处理。

P中值模型法和区域划分法都是地理位置相关的，即假设传感节点的坐标位置已知。这在实际网络应用中并不可行，因为为每个传感节点配备GPS装置将使节点成本大幅增加，即使采用定位技术也需要配备测距设备，单纯采用信号强度衰减模型来测距误差又太大。

发明内容

本发明的目的是提供一种地理位置无关的多汇聚节点部署方法，采用近似优化计算的方法来部署汇聚节点的位置，无需预先知道传感节点确切坐标位置，且具有自适应性强，扩展性好，有效降低通信功耗和延长网络生存周期等特点。

为完成本发明的目的，本发明采取的技术方案是：地理位置无关的多汇聚节点部署方法，其步骤如下：

(1)将整个网络划分成多个子连通图，然后再将某些相互邻接的子图合并一个群，这样整个网络拓扑图分成多个群；

(2)对于每个群，从中选举出某些传感节点组合作为相应汇聚节点的模拟位置，使得群内所有传感节点到其最近汇聚节点的最短路径之和最小，如此循环处理所有群直至确定所有汇聚节点的模拟位置；

(3)汇聚节点的最佳部署位置确定为以选定汇聚节点的模拟位置为圆心，节点通信半径为半径的圆内任何一点。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)相比P中值模型法和区域划分法，本发明的所有步骤中均未用到任何节点的地理位置信息，因此采用本发明时无需在传感节点上配备GPS或测距设备来确定传感节点的坐标位置。由于GPS或测距设备的成本高出节点本身约2个数量级，如此一来极大地降低了节点成本；

(2)通过权利要求书中的步骤(1)和步骤(2)首先将整个网络拓扑图抽象划分成多个子图和多个群，然后对于每个群或多个群去单独计算其汇聚节点的模拟部署位置；接着各传感节点能够根据部署结果选择其最佳汇聚点，使传感节点在进行数据汇聚时能够选择跳数最少(即路径的权值之和最小)的路径。另外，多个群的划分在简化了部署计算复杂度的同时，尽最大可能地让各传感节点的最佳路径之和最小，而每条路径的权值之和对应着实际通信中的路由跳数，这样也就大大地节省通信能耗并延长网络生存周期；

(3)本发明的权利要求书中的步骤(3)显示，采用本发明汇聚节点只会部署在实际传感节点位置周围区域，避免了在恶劣环境中部署的困难，因而实际可操作性良好。

附图说明

图1是网络拓扑结构图；

图2是将网络拓扑结构抽象后的赋权无向图；

图3是顶点之间的最短路径；

图4是步骤2)的执行流程图；

图5是汇聚节点选择的组合方案；

图6是方案4中各传感节点到汇聚节点的最小跳数；

图7是各传感节点到各汇聚节点的最小路由跳数及相应的最佳路由跳数；

图8是各组合方案对应的汇聚节点；