CN102307400A - 一种传感器网络中的移动节点导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种传感器网络中的移动节点导航方法，首先通过目的节点与其周围邻居节点的信息交互，计算得出所述邻居节点到所述目的节点的距离和偏移角度，并迭代计算得到移动节点与所述目的节点的距离和偏移角度，然后移动节点在其邻居节点中选择偏移角度最小的导航节点，并移动到所述导航节点所在的位置，并重复该步骤，使所述移动节点移动到所述目的节点所在的位置。通过该过程，所述移动节点不需要添加额外的探测仪器就能选择使移动开销最小的路径移动到所述目的节点，节省了开支。

Description

一种传感器网络中的移动节点导航方法

技术领域

本发明涉及传感器网络技术领域，特别是涉及一种传感器网络中的移动节点导航方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)，简称为传感器网络，是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况。在广袤区域中部署的传感器网络WSN中，含有大量的传感节点，而每个传感节点都具有感应、通讯、计算的功能，且每个传感节点都可以向其周围1-跳的传感节点发送消息，即在传感器网络WSN中采用多跳的无线通信方式进行通信。其中，某些传感节点是静态的，但有些传感节点是能够移动的移动节点。当传感节点监测到周围区域发生紧急事件时，感知到紧急事件的传感节点将作为感知节点，向无线传感器网络WSN传输数据，使移动节点移动至事件发生的区域，由移动节点处理这些紧急事件。

例如在森林火险中，当感知节点感应到火灾的发生后，就需要作为移动节点的灭火设备自动到达现场进行灭火扑救。在这种情况下，如何使移动节点避免路径中的障碍物而从当前的位置移动到目的节点，也就是如何完成对移动节点的导航就成了一个重要的问题。

传统的导航方法一般分为两种，一种依赖地理标记和全球定位GPS***，通过全球定位GPS***完成对移动节点的定位、导航；另一种方法是在移动节点上安装探测器，利用探测器完成对移动节点的导航。但是，所述的全球定位GPS***和探测器的成本都比较高，这就使移动节点的导航成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器网络中的移动节点导航方法，具体实施步骤如下：

1)从目的节点A出发，针对整个网络中的节点进行迭代运算，确定移动节点B的位置，并计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度；

2)所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包，并接收各个所述邻居节点返回的回复数据包；

3)依据所述回复数据包选取对应所述移动方向上与所述移动节点B偏移角度最小的邻居节点为导航节点，并储存所述导航节点的节点号码以及和所述移动节点的距离和偏移角度；

4)所述移动节点B移动到所述导航节点的位置，重复执行上述确定导航节点的过程，直至所述移动节点B移动到目的节点所在的位置。

优选的，所述步骤1)具体包括：

11)确定目的节点A为当前节点，所述当前节点向其所有邻居节点发送信息请求数据包，并接收各个所述邻居节点反馈的信号数据包；

12)所述当前节点依据所述信号数据包计算获取其与邻居节点之间的距离，以及所述邻居节点的偏移角度，并存储；

13)以各个所述邻居节点为当前节点，返回执行所述当前节点向其邻居节点发送信号请求数据包这一步骤，直至所述当前节点为移动节点B时，计算获取所述移动节点B的位置，以及其与邻居节点之间的距离和偏移角度，并存储；

14)依据确定的目的节点A和移动节点B的位置，计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度。

优选的，所述回复数据包包括发送所述回复数据包的邻居节点的号码以及所述邻居节点和其他邻居节点的距离和偏移角度。

优选的，所述邻居节点为所述传感节点周围1-跳的节点。

优选的，所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包之后还包括：

如等待一定时间后，所述移动节点B并未接收到所述回复数据包，所述移动节点B向所有的所述邻居节点发送请求数据包。

优选的，在接收各个所述邻居节点返回的回复数据包过程中，还包括：

所述移动节点B在接收到所述邻居节点返回的所述回复数据包后，向发送所述回复数据包的节点回复接收确认数据包。

优选的，在移动节点B到达目的节点后还包括：

计算所述移动节点B移动到所述目的地点A的移动开销。

优选的，所述移动开销为移动节点B移动的总距离与移动节点B初始位置到目的地点的距离的比值。

优选的，所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包前还包括：

检查所述移动节点B的能量是否充足，若所述移动节点B的能量不充足，为所述移动节点B补充能量。

通过所述传感器网络中的移动节点B导航方法，移动节点B只需通过和周围邻居节点的通信，并根据所述通信信号进行迭代计算，就能使移动节点B选择一个最短的路径移动到所述目的节点，而不在需要添加额外的仪器，进而节省了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种传感器网络中的移动节点导航方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种传感器网络中的移动节点导航方法中确定移动节点位置的流程图；

图3为本发明实施例公开的一种传感器网络中的移动节点导航方法中移动节点移动的轨迹图；

图4为本发明实施例公开的一种传感器网络中的移动节点导航方法中移动节点移动的又一种轨迹图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种传感器网络中的移动节点导航方法，其流程如图1所示，包括步骤：

步骤1：从目的节点A出发，针对整个网络中的传感节点进行迭代运算，确定移动节点B的位置，并计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度，通过该步骤的计算，根据所述目的节点A的位置，能够确定所述移动节点B所处的位置。

步骤2：所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包，并接收各个所述邻居节点返回的回复数据包。其中，所述邻居节点指的是所述传感节点周围1-跳的节点。在所述移动节点发送导航请求数据包之前，一般需要检查下所述移动节点B的能量是否充足，防止所述移动节点B在移动的过程中出现能量不足导致运动停止的状况，如果检查出所述移动节点B的电量不足，则需要给所述移动节点B补充电能。在所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包后，如果过一定时间后，所述移动节点B未收到各个所述邻居节点返回的回复数据包，则所述移动节点B将发送请求数据包给各个所述邻居节点。在各个所述邻居节点返回的所述回复数据包中，包括所述邻居节点的节点号码以及所述邻居节点和其他邻居节点的距离和偏移角度，所述节点号码以及所述距离和偏移角度值将作为导航信息存储在路由表中。

步骤3：依据所述回复数据包选取对应所述移动方向上与所述移动节点B偏移角度最小的邻居节点为导航节点，并储存所述导航节点的节点号码以及和所述移动节点B的距离和偏移角度，在选取了偏移角度最小的邻居节点为导航节点后，就可以使得所述移动节点B在向目的节点A移动的过程中，所行进的路程最短。

步骤4：所述移动节点B移动到所述导航节点的位置，重复执行上述确定导航节点的过程，直至所述移动节点B移动到目的节点所在的位置。

其中，步骤1的流程如图2所示，具体为：

11)确定目的节点A为当前节点，所述当前节点向其邻居节点发送信息请求数据包，并接收各个所述邻居节点反馈的信号数据包，在信息请求数据包中，包含发送信息请求数据包的所述当前节点的节点ID和请求信息，在接收到所述发送信息请求数据包后，所述邻居节点反馈信号数据包，根据所述信号数据包中信号的强度，所述当前节点根据信号强度指示(RSSI，ReceivedSignal Strength Indication)技术，能够测试出各个所述邻居节点与所述当前节点的距离，以及各个所述邻居节点相对于所述当前节点的偏移角度。

例如，当某个传感节点向其周围1-跳的邻居节点发送信息请求数据包后，会接收到所述邻居节点向其反馈的信号数据包，所述传感节点可根据接收的信号数据包的强度指示RSSI技术测出自己u与邻居节点v的距离dist(u，v)，以及计算出所述邻居节点v相对自身节点u的偏移角度angle(u，v)。这里，假设dist _v表示所述邻居节点v与目的节点D的欧几里得距离，angle _v表示所述邻居节点v相对目的节点D的角度，则根据公式

${\mathrm{dist}}_u=\sqrt{{{\mathrm{dist}}_v}^2+\mathrm{dist}{(u,v)}^2-2{\mathrm{dist}}_v\·\mathrm{dist}(u,v)\·\cos \∠\mathrm{uvD}},$

${\mathrm{angle}}_u=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{angle}(u,v)-\∠\mathrm{vuD},\mathrm{angle}(u,v)>{\mathrm{angle}}_v\\ \mathrm{angle}(u,v)+\∠\mathrm{vuD},\mathrm{angle}(u,v)\≤{\mathrm{angle}}_v\end{array}\right.,$

可以计算出所述传感节点u与目的节点D的欧几里得距离dist _u，以及所述传感节点u相对目的节点D的角度angle _u。

12)所述当前节点依据所述信号数据包计算获取其与邻居节点之间的距离，以及所述邻居节点的偏移角度，并存储。

13)以各个所述邻居节点为当前节点，返回执行所述当前节点向其邻居节点发送信号请求数据包这一步骤，直至所述当前节点为移动节点B时，计算获取所述移动节点B的位置，以及其与邻居节点之间的距离和偏移角度，并存储；

14)依据确定的目的节点A和移动节点B的位置，计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度。

根据步骤11)到步骤14)，通过所述当前节点与其所述邻居节点之间的迭代计算，使我们最终能够根据所述移动节点B和所述目的节点A的距离以及偏移角度，得到所述移动节点B的位置信息。所述移动节点B在传感器网络中的移动轨迹如图3所示，其中，传感器网络中的各个传感节点用圆点表示，移动节点B移动时经过的导航节点用“△”表示，直线段表示移动的轨迹，所述移动节点B的初始位置为“*”，目的地点则为“☆”，虚线圆表示感知节点的通信范围。

在传感器网络中，有时由于某些传感节点是随机部署的，有些区域中没有传感节点，有时，某些传感节点的能量耗尽或产生了故障，随之从而在所述传感器网络中，就会出现没有传感能力的空洞区域，在含有空洞区域的传感器网络中，所述移动节点B的移动过程仍然采用上述步骤，只是绕过了所述空洞区域，其移动轨迹如图4所示，在该图中，传感器网络中的各个传感节点用圆点表示，移动节点B移动时经过的导航节点用“△”表示，直线段表示移动的轨迹，所述移动节点B的初始位置为“*”，目的地点则为“☆”，虚线圆表示感知节点的通信范围，并且，所述空洞区域由空间中的空白部分表示。

通过所述传感器网络中的移动节点B导航方法，移动节点B只需通过和周围邻居节点的通信，并根据所述通信信号进行迭代计算，就能使移动节点B选择一个最短的路径移动到所述目的节点A，而不需要添加额外的仪器，进而节省了成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种传感器网络中的移动节点导航方法，其特征在于，包括步骤：

1)从目的节点A出发，针对整个网络中的节点进行迭代运算，确定移动节点B的位置，并计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度；

2)所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包，并接收各个所述邻居节点返回的回复数据包；

3)依据所述回复数据包选取对应所述移动方向上与所述移动节点B偏移角度最小的邻居节点为导航节点，并储存所述导航节点的节点号码以及和所述移动节点B的距离和偏移角度；

4)所述移动节点B移动到所述导航节点的位置，重复执行上述确定导航节点的过程，直至所述移动节点B移动到目的节点A所在的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

11)确定目的节点A为当前节点，所述当前节点向其所有邻居节点发送信息请求数据包，并接收各个所述邻居节点反馈的信号数据包；

12)所述当前节点依据所述信号数据包计算获取其与邻居节点之间的距离，以及所述邻居节点的偏移角度，并存储；

13)以各个所述邻居节点为当前节点，返回执行所述当前节点向其邻居节点发送信号请求数据包这一步骤，直至所述当前节点为移动节点B时，计算获取所述移动节点B的位置，以及其与邻居节点之间的距离和偏移角度，并存储；

14)依据确定的目的节点A和移动节点B的位置，计算获取所述移动节点B相对所述目的节点A的距离和偏移角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回复数据包包括发送所述回复数据包的邻居节点的号码以及所述邻居节点和其他邻居节点的距离和偏移角度。

4.根据权利要求1所述的传感器网络中的移动节点导航方法，其特征在于，所述邻居节点为所述传感节点周围1-跳的节点。

5.根据权利要求1所述的传感器网络中的移动节点导航方法，其特征在于，所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包之后还包括：

如等待一定时间后，所述移动节点B并未接收到所述回复数据包，所述移动节点B向所有的所述邻居节点发送请求数据包。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收各个所述邻居节点返回的回复数据包过程中，还包括：

所述移动节点B在接收到所述邻居节点返回的所述回复数据包后，向发送所述回复数据包的节点回复接收确认数据包。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在移动节点到达目的节点后还包括：

计算所述移动节点B到达所述目的地点A的移动开销。

8.根据权利要求7所述的传感器网络中免定位的移动节点导航方法，其特征在于，所述移动开销为移动节点B移动的总距离与移动节点B初始位置到目的地点A的距离的比值。

9.根据权利要求1所述的传感器网络中免定位的移动节点导航方法，其特征在于，所述移动节点B向所有邻居节点发送导航请求数据包前还包括：

检查所述移动节点B的能量是否充足，若所述移动节点B的能量不充足，为所述移动节点B补充能量。

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