一种基于移动终端的无线传感器网络数据收集协议

　　1引言

　　1. 1无线传感器网络介绍

　　在无线传感器网络的应用中, 有存在于复杂的应用环境, 如军事无线自组织网络, 节点均部署于复杂恶劣的环境下, 节点间端到端的通信难以保证, 出现了网络的断裂; 还有传感器网络, 这类网络节点数量庞大, 网络通信复杂, 通信路径不是随时可用的,这种存在高延时和频繁割裂的网络, 一般称之为受限网络, 为了研究这类受限网络, 提出了DTN 的概念。延时可容忍网络DTN ( de lay to lerant network)就是研究这一类特定应用环境下的网络, 在这种应用环境中端到端的通信难以保证, 会有频繁的连接中断的情况, 使网络间断的或部分的连接在一起, 出现网络分割, 同时这种应用下允许一定范围的延时。

　　由于这种网络的特殊性, 不能保证实时的传递, 而且它是面向消息的, 所以就涉及到了数据的存储, 在DTN 体系结构中提出了捆绑层的概念, 实现数据的保管传递。

　　1.2DTN路由协议研究

　　DTN路由研究是DTN研究的热点, 目前的路由协议的算法主要分为以下几类: ( 1)基于传染性方式 , 将分组信息传递给所有相遇的节点, 直到到达目的节点; ( 2)基于历史信息的方式, 根据节点历史相遇记录进行信息传递, 采用了概率的算法;( 3)基于特殊messager节点来摆渡分组信息,采用了存储- 携带- 转发的模式。DTN 网络中的路由的设计都是基于以上几种基本思想进行的。

　　2一种基于Ferry的数据收集协议设计方案

　　2. 1 基本思路

　　在文献[ 7]中提出了将ferry 节点用于DTN 网络, 并且也针对它的路由进行了分析与设计, 文献中更多的是讨论针对TSP问题的解决, 而没有从整体布局中去考虑ferry 节点的路由轨迹趋势, 在文献[ 5] , [ 8]中开始讨论使用多个ferry 节点来进行数据传递, 但是它更多的是考虑针对大的区域, 没有对ferry节点的具体运动模型进行设计。在这里我们考虑在同一区域内使用双ferry 节点, 并且沿同一路径, 考虑节点采用不同运动方式时的性能分析, 一种是两个ferry 节点采用同向运动, 另一种情况两个ferry节点运动方向相反, 两种运动模型如图1和图2所示。

　　本文考虑简化后的基本模型, 整个大的区域有四个小的区域, ferry节点沿固定圆形路径经过各个区域进行数据传输, 其中各个区域采用门节点与ferry节点通信, 在文献[ 7]中已经提到在小区域簇内实现端到端的连接, 其中能够与ferry 节点直接通信的节点均为门节点, 其他节点只需考虑将数据发送到门节点。当ferry 节点到达某一个区域, 发送hello建立连接, 其中收到此消息的节点就成为门节点, 它通知区域内的其他节点它作为门节点的消息,运用D ijkSTra算法, 找到各个节点到达门节点的最短路径, 建立连接, 这是采用ferry节点时簇内的路由建立。本文中重点从簇间通信的方面进行考虑来提高数据传送率, 提出采用双ferry节点逆向运动的模型。这是基于从ferry 节点的携带能力以及数据管理上出发的, 当ferry 节点同向运动时, ferry 节点会将发往它运动方向相反的前一区域的目的地的分组信息空携带一周, 这样就浪费了ferry节点的携带能力, 所以我们考虑将ferry节点采用逆向运动, 这样对于需传送到相对于节点运动相反的邻区域的信息可以等待另外一个与其同向的ferry 节点传送。

　　下面将具体讲述其过程并将其与同向运动做比较。

　　2. 2具体实现

　　首先分析采用双ferry节点逆向运动, 一个周期内的运动状态, 如图3所示。

图3 ferry节点逆向运动一周状态。

　　针对上图我们来分析具体的实现, 在一区产生的数据目的节点所在的区域可能是各个区域, Ferry节点A 处于当前情况下时仅仅携带由一区传送到四区和三区的数据, 而对于需传送到二区的数据则不予携带, 发往二区的数据需等ferry节点B 运动到一区, 再将其携带至二区, 这样减少了这部分信息所占用的ferry 节点的携带容量, 同理ferry 节点B 也是这样工作, 即ferry节点将不予携带在其运动方向上需运动一周的数据, 对于在三区自己区域内的节点不需要通过ferry进行传输, 没有簇间传输延时,也不占用ferry 节点的buffer, 这里不予考虑。在同一区域内采用ferry节点逆向运动的方式, 可以与一条路径上两个ferry节点同向运动相比, 这种情况下数据将少占用一段时间ferry节点的存储容量, 从而节省了ferry 的存储容量, 提高ferry 节点的携带能力。

在DTN 网络中, 实行的是存储- 携带- 转发的方式, 所以对于节点的存储能力有了一定的要求, 通过双ferry节点逆向运行, 减少ferry 节点的存储能力的限制, 当然这部分存储负担就转移到了每个簇的门节点, 但是在每个簇中门节点的数量是相对比较多的, 对于能和ferry节点通信的节点均可