[发明专利]一种基于骨干节点构建传感网络的信息势域的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络的路由和导航技术领域，涉及分布式迭代技术，并且具体涉及是一种基于骨干节点构建传感器网络的信息势域的方法和系统，可应用于小规模及大规模的无线传感器网络中的信息势域的构建。

背景技术

目前，无线传感器网络的一个重要应用是协助动态环境中的信息识别和导航，包括将查询或数据包导航到源点。源点是指检测到感兴趣事件的传感器节点。随着传感器感测能力的成熟，越来越多的无线传感器网络部署在自然环境中用于生态监控。在这种传感器节点数量众多的大规模无线传感器网络中，基于本地节点的信息通过贪心决策来实现全局目标的分布式算法受到越来越多的青睐。

一种满足上述要求的分布式策略是基于信息梯度的信息驱动的路由协议。Mabrouki等人在ValueTools'07会议上发表的“Random walk based routing protocol for wireless sensor networks”提出了一种模仿自然界中的光和热的传播过程的信息梯度，然而这种遵照自然规则构建的信息梯度不能提供理想的导航，由于该信息梯度存在局部极值点和平坦区域会导致随机游走。局部极值点是指信息强度值高于所有邻居节点的信息强度值的非源节点。

Han等人在2004年的Vehicular Technology会议上发表的“A novel gradient approach for efficient data dissemination in wireless sensor networks”中提出根据节点间的跳数距离构建信息梯度，然而，在这种模式下当网络拓扑改变时需要频繁地洪范消息来保证信息梯度的精确性。

为解决上述问题，Lin等人在IPSN'08会议上发表的“Composable information gradients in wireless sensor networks”中引入了一种无局部极值的人工信息梯度。他们提出的信息梯度模式是通过求解调和函数得到信息势域。优选地，首先初始化边界点(网络边缘节点)以及源点的信息强度值，然后通过执行雅克比迭代得到网络中其它节点(非边界点及非源点)的信息强度值。当网络收敛时每个节点持有一个稳定的信息强度值从而形成一个信息势域，该信息势域代表了用户感兴趣的事件从源点向四周扩散的强度。基于该人工信息势域，用户只需沿着信息势的上升方向即可到达源点位置。然而他们提出的构建信息势域的方法存在收敛速度慢、能耗大的问题。而且在传感器节点数量众多的大范围网络中，很难兼顾迭代能耗及信息势域的质量，如果选择松弛的收敛条件网络可能出现不收敛的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于骨干节点构建传感器网络的信息势域的方法和系统，有效地降低迭代次数以及能量消耗，并且在大规模的和动态网络中保持信息势域的支持本地贪心路由的特性。优选地，动态网络是指在传感器网络中源点的出现和消失是一种动态的随机过程。

本发明中的网络是一个长为l宽为h的2维矩形区域，传感器节点均匀地分布在整个网络中，形成一个规则的网格型网络拓扑，网络包括边界节点和内部节点。该网络可建模为一个无向图，每个内部节点都有4个邻居节点，边界节点有2或3个邻居节点。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提出一种基于骨干节点构建传感器网络的信息势域的方法，其中所述传感器网络包括多个传感器节点，所述多个传感器节点之间采用分层的网格状连接方式进行连接，所述方法包括以下步骤：

(1)为传感器网络中的每个传感器节点设置信息强度值；

(2)从所述多个传感器节点中选择传感器节点以作为骨干节点，由骨干节点组成骨干网络，并且在骨干网络上执行雅克比迭代直到骨干网络收敛为止，从而确定每个骨干节点的信息强度值；

(3)根据骨干节点的信息强度值，采用拉格朗日插值法和双线性插值法，分布式地计算传感器网络中的普通传感器节点的信息强度值；

其中普通传感器节点是传感器网络中除了骨干节点、源传感器节点以及边界传感器节点以外的其它传感器节点，其中源传感器节点是感测到感兴趣事件的传感器节点，边界传感器节点是指位于传感器网络边缘的传感器节点；

(4)在传感器网络内执行雅克比迭代，直到传感器网络收敛为止，以实现对传感器网络的信息势域进行光滑处理，从而获得光滑的信息势域。