[发明专利]无线传感器网络基于移动目的节点的协作数据收集方法

说明书

本发明属于无线通信领域，公开了一种无线传感器网络基于移动目的节点的协作数据收集方法。目的节点在传感器节点分布区域移动，依次接近各节点，被接近的节点传输数据；目的节点移动遍历两遍，传感器节点之间形成两种不同协作关系，每个节点的数据最多被其它两节点协作转发，降低节点复杂度；传感器节点在两轮收集时分别传输信息数据和校验数据，校验数据的生成基于节点协作关系，从而构成高效分布式低密度奇偶校验码，获得编码与分集增益；目的节点基于协作关系将收集数据进行迭代译码，获得收集数据。本发明方法可降低传感器节点的能量消耗，具有较低处理复杂度，适用于无线传感器网络，也可应用于无人机或飞艇的移动数据收集。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种应用于包含移动目的节点的无线传感器网络协作数据收集方法。具体讲，涉及采用移动目的节点的基于分布式低密度奇偶校验码的多节点协作数据收集方法。

背景技术

随着无线传感器网络的迅速发展，各领域对无线传感器网络的需求不断增加，对通信系统的传输速率、传输可靠性等提出了更高的要求。在传统的无线传感器网络中，许多静态节点被随机部署，传感器节点的数据通常利用多跳的方式将数据发送至目的节点。但是，这种传输方式带来了一系列问题：一方面，由于传感器节点采用多跳的方式进行数据传输，靠近接收端的节点需要转发更多的数据，消耗更多的能量，导致不同传感器节点能量的消耗不均匀，从而降低无线传感器网络的生命周期；另一方面，多跳传输的数据速率随着跳数的增加而减少，对通信系统的传输速率会产生影响。

研究表明，采用移动目的节点可以克服上述问题。一方面，引入移动目的节点可以克服传感器节点由于多跳传输造成的能量消耗不均的问题；另一方面，移动目的节点有效的避免了由于跳数增加导致的传输速率下降的问题。在无线传感器网络中，无线通信模块的数据发送和接收将消耗无线传感器网络的大部分能量，因此设计高效的数据收集和传输方法可以进一步降低传感器节点的能量消耗，延长无线传感器网络的生命周期，满足新一代无线网络不断发展的需求。

在无线网络中采用协作通信技术可以实现分集，有效对抗无线衰落，降低数据传输过程中的能量消耗。在协作网络中，可以采用不同的中继协议将协作节点接收的数据转发到目的节点。常用的中继协议主要包括放大转发(AF)、解码转发(DF)和编码协作(CC)协议。具体而言，在AF协议中，中继节点在放大信号的同时也会放大噪声；对于经典的DF协议，中继节点对接收的信号进行解调恢复之后通常再重复转发，而且若没有检错机制，中继的解调错误会导致数据的错误传播；对于编码协作技术，在传统解码转发的基础上，将信道编码方案与协作通信技术实现高效结合，各协作节点的编码传输方案可以联合优化设计，可以同时获得编码增益和分集增益，从而大大提高无线通信网络的性能。目前，基于低密度奇偶校验(LDPC)码、Turbo码以及网络编码等设计了多种不同的编码协作方案，验证了编码协作方案的性能。

在无线传感器网络的数据收集过程中，可以将编码协作与目的节点的移动相结合，有望进一步提高无线传感器网络的性能。但是，对于包含多个协作节点的编码协作方案，每个节点通常需要多个协作伙伴，从而获得更好的性能。然而，由于无线传感器节点的能量和处理能力有限，复杂的协作关系在无线传感器网络中通常难以实现，需要设计合适的协作方法。此外，在协作节点的选择和协作关系的设计时也要充分考虑节点之间无线链路的不可靠性对系统的影响。

针对以上问题，本发明提出了一种无线传感器网络基于移动目的节点的协作数据收集方法。该方法具有以下特点：首先，在进行数据收集时，目的节点在传感器节点的分布区域内移动遍历节点两遍，可以提高分集增益；其次，每个节点的数据最多被其它两个节点协作转发，同时每个节点最多协助两个其它节点进行数据传输，这种稀疏的协作关系降低了传感器节点的复杂度；最后，采用高效的分布式低密度奇偶校验码，分布式编码可以同时获得编码增益和分集增益，并降低节点复杂度。该方法适用于无线传感器网络，也可用于无人机或飞艇的移动数据收集。

发明内容