专利名称：移动无线传感器网络Sink节点的开发方法
技术领域：
本发明属于无线传感网络数据汇聚领域，尤其涉及一种移动无线传感器网络Sink节点的开发方法。
背景技术：
无线传感网络(Wireless Sensor Network, WSN)综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术，可以使人们在任何时间、地点和任何环境下获取大量详实可靠的信息，从而真正实现“无处不在”的计算理念。无线传感器网络通常是一个由传感器节点(sensor node)、汇聚节点(Sink node)和管理节点(management node)构成的三级网络系统。一般而言，传感器网络的目的为收集与向外界传输数据，在传感器网络中，这种角色节点被称为数据汇聚节点。在实际应用中，一个完整的无线传感网络常常被划分为多个小的网络(子网)，各个子网之间由汇聚节点组成主干网络彼此连接。固定部署的Sink节点相较于移动Sink存在以下问题
(￡:受到能源、地理条件等因素的制约或者在战争或灾难发生情况下，Sink节点部署较感知节点部署方法困难，出现故障或能量提前耗尽不便于更换；: 感知数据无法一跳到达
Sink，多跳机制及主干路由的建立带来整网能耗不平衡，产生空洞及hotspots问题。
网络部署必须考虑通信覆盖，造成感知过冗余覆盖、感知无意义覆盖。这些问题给整个无线传感网络带来严重的危机。例如，无线传感网络被部署在空气受到严重污染的区域用于环境监测，人无法靠近网络区，一旦汇聚节点出现故障或网络受阻，传统的汇聚节点将无法更换，主干网通讯被破坏，整个网络无异于毁灭；再如，无线传感网络的两个子网分别被部署在一座山的两侧，由于通讯信号不可达，两个网络的数据将无法进行融合。在这些情况下如果没有更好的解决方案，整个网络必将瘫痪。基于以上原因，本作品将微型无人机技术与无线传感网络技术进行融合，在四旋翼飞行器的基础上增加自主飞行控制模块、IEEE802. 15. 4无线通信模块，利用无人机自主移动能力、高效率融合能力、大容量存储能力，结合无线传感器网络的链路质量评估技术对随机部署的环境感知网络进行有效的数据收集。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，本发明在灾难和环境监测、野生动物习性监测、入侵检测、安全监视等方面具有应用优势。本发明是这样实现的，其特征是开发方法为
(1)采用改进的微型四旋翼飞行器作为移动Sink节点的移动平台；
(2)采用寻找最优哈密尔顿路径算法作为所述移动Sink节点的飞行航迹；(3)无线传感网络的数据传输方式为“融合-存储-转发”方式；
(4)使用“正交嗅探算法”来调整移动Sink的数据收集悬停点。所述改进的微型四旋翼飞行器为所述的四旋翼飞行器的主板采用A R M芯片作为飞行控制模块，加装了符合IEEE802. 15. 4协议的无线通信模块及定向天线。寻找最优哈密尔顿路径算法
(1)首先以任意一种已存在的自组织成簇算法选举出若干簇头节点；
(2)以这些节点为顶点，每两个节点间的连线为边，每边的长度为权值构造一幅无向赋权(3)计算图中每条哈密尔顿轨和每条哈密尔顿回路的权值作为路径代价，取代价最小的一条路径作为所述移动Sink的飞行航迹。所述“融合-存储-转发”方式为
(1)簇头节点在接收到附近的感知节点发来的数据后将这些数据进行融合，去除无效或重复的数据；
(2)簇头节点将融合后的数据分类存储到内存中；
(3)簇头节点接收到所述的移动Sink节点的数据收集信号后将存储的数据转发给移动Sink节点，完成数据收集。所述“正交嗅探算法”为
(1)所述的移动Sink节点起飞后飞向无线传感网络区域并无间断发送广播包，直到收到簇头节点发回的确认信息，该簇头节点即为嗅探目标；
(2)确定嗅探目标后移动Sink节点继续沿原方向飞向并开始检测与该嗅探目标之间的链路质量。若链路质量减小，则反向飞行，当检测到链路质量不再增大时飞行方向改变90 度，继续测量链路质量，若质量减小，则反向飞行，直到链路质量合格；
(3)当链路质量合格时，移动Sink即进入悬停状态开始数据收集。本发明所述的寻找最优哈密尔顿路径算法，其特征为1、首先以任意一种已存在的自组织成簇算法选举出若干簇头节点；2、以这些节点为顶点，每两个节点间的连线为边， 每边的长度为权值构造一幅无向赋权图；3、计算图中每条哈密尔顿轨和每条哈密尔顿回路的权值作为路径代价，取代价最小的一条路径作为所述移动Sink的飞行航迹。本发明所述的“融合-存储-转发”方式，其特征为所述的数据传输方式为1、簇头节点在接收到附近的感知节点发来的数据后将这些数据进行融合，去除无效或重复的数据；2、簇头节点将融合后的数据分类存储到内存中；3、簇头节点接收到所述的移动Sink节点的数据收集信号后将存储的数据转发给移动Sink节点，完成数据收集。本发明所述的“正交嗅探算法”，其特征为1、所述的移动Sink节点起飞后飞向无线传感网络区域并无间断发送广播包，直到收到簇头节点发回的确认信息，该簇头节点即为嗅探目标；2、确定嗅探目标后移动Sink节点继续沿原方向飞向并开始检测与该嗅探目标之间的链路质量。若链路质量减小，则反向飞行，当检测到链路质量不再增大时飞行方向改变90度，继续测量链路质量，若质量减小，则反向飞行，直到链路质量合格；3、当链路质量合格时，移动Sink即进入悬停状态开始数据收集。本发明在灾难和环境监测、野生动物习性监测、入侵检测、安全监视等方面具有应用优势。
图1为本发明的寻找最优哈密尔顿路径算法示意图。图2为本发明的正交嗅探算法示意图。
具体实施例方式如图1、图2所示，其特征是开发方法为
(1)采用改进的微型四旋翼飞行器作为移动Sink节点的移动平台；
(2)采用寻找最优哈密尔顿路径算法作为所述移动Sink节点的飞行航迹；
(3)无线传感网络的数据传输方式为“融合-存储-转发”方式；
(4)使用“正交嗅探算法”来调整移动Sink的数据收集悬停点。所述改进的微型四旋翼飞行器为所述的四旋翼飞行器的主板采用A R M芯片作为飞行控制模块，加装了符合IEEE802. 15. 4协议的无线通信模块及定向天线。所述寻找最优哈密尔顿路径算法
(1)首先以任意一种已存在的自组织成簇算法选举出若干簇头节点；
(2)以这些节点为顶点，每两个节点间的连线为边，每边的长度为权值构造一幅无向赋权(3)计算图中每条哈密尔顿轨和每条哈密尔顿回路的权值作为路径代价，取代价最小的一条路径作为所述移动Sink的飞行航迹。所述“融合-存储-转发”方式为
(1)簇头节点在接收到附近的感知节点发来的数据后将这些数据进行融合，去除无效或重复的数据；
(2)簇头节点将融合后的数据分类存储到内存中；
(3)簇头节点接收到所述的移动Sink节点的数据收集信号后将存储的数据转发给移动Sink节点，完成数据收集。所述“正交嗅探算法”为
(1)所述的移动Sink节点起飞后飞向无线传感网络区域并无间断发送广播包，直到收到簇头节点发回的确认信息，该簇头节点即为嗅探目标；
(2)确定嗅探目标后移动Sink节点继续沿原方向飞向并开始检测与该嗅探目标之间的链路质量。若链路质量减小，则反向飞行，当检测到链路质量不再增大时飞行方向改变90度，继续测量链路质量，若质量减小，则反向飞行，直到链路质量合格；
(3)当链路质量合格时，移动Sink即进入悬停状态开始数据收集。
权利要求
1.一种移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，其特征是开发方法为(1)采用改进的微型四旋翼飞行器作为移动Sink节点的移动平台；(2)采用寻找最优哈密尔顿路径算法作为所述移动Sink节点的飞行航迹；(3)无线传感网络的数据传输方式为“融合-存储-转发”方式；(4)使用“正交嗅探算法”来调整移动Sink的数据收集悬停点。
2.根据权利要求1所述的移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，其特征是所述改进的微型四旋翼飞行器为所述的四旋翼飞行器的主板采用A RM芯片作为飞行控制模块，加装了符合IEEE802. 15. 4协议的无线通信模块及定向天线。
3.根据权利要求1所述的移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，其特征是寻找最优哈密尔顿路径算法(1)首先以任意一种已存在的自组织成簇算法选举出若干簇头节点；(2)以这些节点为顶点，每两个节点间的连线为边，每边的长度为权值构造一幅无向赋权图；(3)计算图中每条哈密尔顿轨和每条哈密尔顿回路的权值作为路径代价，取代价最小的一条路径作为所述移动Sink的飞行航迹。
4.根据权利要求1所述的移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，其特征是所述 “融合-存储-转发”方式为(1)簇头节点在接收到附近的感知节点发来的数据后将这些数据进行融合，去除无效或重复的数据；(2)簇头节点将融合后的数据分类存储到内存中；(3)簇头节点接收到所述的移动Sink节点的数据收集信号后将存储的数据转发给移动Sink节点，完成数据收集。
5.根据权利要求1所述的移动无线传感器网络Sink节点的开发方法，其特征是“正交嗅探算法”为(1)所述的移动Sink节点起飞后飞向无线传感网络区域并无间断发送广播包，直到收到簇头节点发回的确认信息，该簇头节点即为嗅探目标；(2)确定嗅探目标后移动Sink节点继续沿原方向飞向并开始检测与该嗅探目标之间的链路质量，若链路质量减小，则反向飞行，当检测到链路质量不再增大时飞行方向改变90 度，继续测量链路质量，若质量减小，则反向飞行，直到链路质量合格；(3)当链路质量合格时，移动Sink即进入悬停状态开始数据收集。
全文摘要
本发明公开的一种移动无线传感器网络Sink节点的开发方法属于无线传感网络(WSN)数据汇聚领域，主要解决传统WSN感知数据汇聚中，Sink节点部署困难、感知区域不连通、区域内易剩余能量不平衡等问题。其特征是开发方法为(1)采用微型“四旋翼飞行器”作为本移动Sink节点的移动平台；(2)采用寻找最优哈密尔顿路径算法作为所述移动Sink节点的飞行航迹；(3)无线传感网络的数据传输方式为“融合-存储-转发”方式；(4)根据实时测量移动Sink节点与感知节点间的链路质量来调整数据收集悬停点。本发明在灾难和环境监测、野生动物习性监测、入侵检测、安全监视等方面具有应用优势。
文档编号H04W40/12GK102572997SQ201210053320
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月3日 优先权日2012年3月3日
发明者刘肇荣, 徐海平, 耿潇湉, 胡刚, 舒坚, 陈宇斌 申请人:南昌航空大学