一种关于移动预测的无线传感器网络动态拓扑管理机制.pdfVIP

第31卷第6期 南昌大学学报(理科版) V01．31No．6 Journalof Dec．200r7 2007年12月 NanchangUniversity(NaturalScience) 文章编号：1006—0464(2007)06-0605一05 一种基于移动预测的无线传感器 网络动态拓扑管理机制 龚根华1，龙承志1，刘捷1，柳立峰2 (1．南昌大学信息工程学院，江西南昌330029；2．江西省电信，江西南昌330(0) 摘要：拓扑管理是节省无线传感器网络能量消耗的主要方法之一。通常采用的拓扑管理是静态的。即在整个网 络范围内通过定期让冗余节点休眠来节能。但在诸如移动目标定位跟踪的应用场景中。静态拓扑管理会造成较大 的能量消耗的浪费。提出一种动态拓扑管理机制，利用移动预测技术在移动目标的附近动态构造拓扑管理区域， 并只在该区域内实施拓扑管理，而让区域之外的大部分节点休眠。分析了动态拓扑管理的性能并通过仿真比较了 动态拓扑管理与其他相关机制的能量消耗。 关键词：传感器网络；动态拓扑管理；拓扑管理区域；移动预测；区域覆盖系数 中图分类号：TP393．2 文献标识码：A 在无线传感器网络中，节点通常由电池供电，而且通常 变化。动态拓扑管理避免了静态拓扑管理的能量消耗的浪 被部署在无人值守的环境而不能持续充电，所以如何减少网 费，同时由sink负责拓扑管理区域的预测和区域内的拓扑管 络的能量消耗是一个关键问题。拓扑管理是一种通常的解 理也能够最大限度地减少节点的计算开销。保证计算结果的 决办法。它是在保证网络被节点的感应区域完全覆盖的前 准确性。 提下。让冗余节点定期休眠而只保留非冗余节点工作。休眠 1动态拓扑管理 指的是节点的数据传输单元和传感单元均处于关闭状态。 由于休眠节点基本不消耗能量，网络的能量消耗大大减少。 如何在移动目标的附近动态地构造一个合适的区域，并 目前采用的拓扑管理大多是静态的…，即在整个网络范围内 在此区域内完成拓扑管理是动态拓扑管理的关键问题。节 寻找冗余节点并让它们定期休眠。此时的拓扑管理区域是 点通常只能检测到移动目标的部分状况，只有sink能够收集 固定不变的(整个网络区域)。但在移动目标定位跟踪的应 所有节点传递来的信息并从中获得移动目标的最准确，最完 用场景中，如图l所示，由于目标本身的物理特性以及节点 整的状况，同时sink也具有比节点更加强大的计算能力和更 的感应区域存在一定的范围，距离移动目标较远的节点不能 加丰富的能量储备．因此本文提出由sink定期构造需要拓扑 检测到目标，这些节点报告给sink的信息没有什么价值。而管理的区域，并在该区域内完成集中式的拓扑管理。整个过 静态拓扑管理由于在全网范围内实施拓扑管理，大量检测不 程主要分为四个阶段：1)拓扑管理区域的构造；2)区域内的 到目标的非冗余节点也要处于工作状态，导致能量消耗的浪 拓扑管理；3)节点状态的刷新；4)节点向sink的数据传递。 费。因此本文提出了一种基于移动预测的动态拓扑管理机 1．1拓扑管理区域的构造 制，由sink借助移动预测技术计算出目标可能的活动区域， 由于移动目标的运动通常是不可控的，sink无法预先知 并只在该区域内进行拓扑管理，而让位于该区域之外的大部 道目标的移动轨迹，因此sink将借助移动预测技术来动态构 分节点休眠。此时的拓扑管理区域由于目标的移动而动态 造拓扑管理区域：首先将时间划分成定长的预测周期，在每 个预测周期结束时，sink会根据当前获取的移动目标的位