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基于无线传感器网络的GPS系统定位技术

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作者：用户投稿来源：网络发布时间： 13/05/06

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4．基于子网的数据汇聚路由算法

此算法是基于上章所讨论的传感器的自身的定位功能，利用节点已知的相对位置信息进行路由选择的算法。

4.1子网模型

对任意传感节点px,y);假定Sink节点R及各传感节点具有相同的有效通信半径r(Communication Radius),则任意传感节点p可s以依据定义1计算出自己所属的“子网”.,假定其地理坐标为(

定义1(子网):任意传感节点p,假定其对Sink节点Rx,y),Sink节点R(m,n),当且仅当如下公式成立:及各传感节点具有相同的有效通信半径r,则称p属于子网的相对坐标为(

m = [x| ] ——(1)

n = [y| ] ——(2)

其中“|”为除法运算符;“[ ]”为取大于等于的整数运算符.

例:若r=15,A的地理坐标为(40,40),则A_x=4,A_y=4,故A属于子网(4,4).假定B的地理坐标为(35,37),则B_x=4,B_y=4,故B4,4).同样属于子网(

由定义1显然可知下述定理1成立:

定理1:假定Sink节点R及各传感节点具有相同的有效通信半径r，则任意传感器网络存在满足公式(1),(2)的唯一子网划分.

定理2:同一子网中的各传感节点互为邻节点.

证明:由定义4易知每个子网为一个长、宽均为的正方形区域,该区域内任意两个节点之间的距离最大为 =r.即任意两个节点均在彼此的有效通信半径之内,因此同一子网中的各传感节点互为邻节点.

4.2分布式“能量核”周期性生成算法

4.2.1.简单连通无向图

定义2（简单连通无向图设图）:G=(V, E),G称为简单连通无向图,当且仅当图G满足以下两个条件:

1. G为无自圈的、连通的无向图;

2. G中任意两个节点之间最多有一条边.

假定在传感器网络中各节点具有相同的有效通信距离.称两个节点是相邻的即存在一条通信链路,当且仅当这两个节点在彼此有效通信距离之内.假定相邻节点之间的链路是对称的,则传感器网络的拓扑结构可以看作是一个简单连通无向图G=(V, E),其中V为所有节点构成的顶点集合,E为所有链路构成的边集合.

定义3(核): 图G的节点集CV为核，当且仅当节点集C满足以下条件：

p∈Vp∈C或p为C中的某个节点q的邻节点。

定义3 (连通核)：给定一个图G=(V, E),若图G的节点集C V为满足如下条件的节点集合:由C导出的子图是连通图,且C是图G的一个核,则称C为连通核.

4.2.2.能量核生成算法

DECA(Distributed Energy-Core Algorithm)操作于简单连通无向图中，步骤如下：

1. 任意节点p利用GPS计算自己的地理坐标,然后利用子网概念计算出自己所属的子网及自己的剩余能量

2. 任意节点p周期性地和其所有邻节点交换如下信息:①p的当前状态S_p(分为核心、网关或成员三种状态).②p的剩余能量E_p,③p所属的子网G_p,.④p的地理坐标.通过此操作,每个节点可以获知自己邻节点的状态、剩余能量、所属子网及到邻节点的直线距离等信息

3. 初始时,图中的Sink节点的状态为核心,而任意传感节点的状态均为成员.在每个周期内,任意节点p根据自己邻节点的状态S_p、能量E_p及所属子网G_p的信息,按如下规则来计算自身新的状态:

① 若p子网G_p内无核心,则G_p内的各节点依据剩余能量E_p的大小随机选举一个具有最大剩余能量的节点作为本子网的核心.

②.否则,若p不为核心或网关,且p与其它子网中的节点相邻,则令p为网关.

4.3 路由算法

4.3.1.数据汇聚基本原理

基于GPS定位后，各传感器节点对相对位置或绝对位置和自身能量已知，一般算法中，各传感节点独立地计算到Sink的最短路径,然后沿最短路径传输数据给Sink,如图2(a)所示,若匹配兴趣的源节点分别为Souce1和Souce2,则在知道网络全局信息的前提下,Souce1和Souce2可以分别计算到Sink的最短路径,然后沿这些路径传输数据到Sink.在图2(a)的情况下,所有路径经历的hop数目为9.图2(b)描述了采用数据汇聚模型的数据汇聚路由算法,其中Souce1和Souce2传输的数据在经过汇聚后再统一传送给Sink,显然这种方法可以节省路径的hop数目(因此节约节点的能量),对于同样的网络和源节点, 数据汇聚路由算法所经历的所有路径的hop数目只有6.容易知道,基于数据汇聚的路由算法可以类比成传统网络中组播通信的逆过程,因此和构造最优组播树一样,已经证明,在每个节点都知道整个网络拓扑的条件下,寻找最优的路由算法是NP难的问题.因此在实际应用中只能用试探算法求解.