樊飞等：巡线机器人延迟容忍传感器网络数据传输策略 ·1415· 下次运动终点D(xu,ya).为简化，计算中设中心节 动模型计算得： 点布置在运动区域原点O(0,0),其他第i个静态节 r-a√-din 点坐标为Z(x,ya).在运动开始后机器人分别接 t= (6) 收到第a次，第b次，第c次，共3次间隔时长为 式中：r为通信距离：v为机器人移动速率；d,为当 、发送能量为E的中心节点与静态节点广播信号， 前通信距离，dn为最小通信距离；a为运动趋势系 机器人接收信号强度En分别为Eree、 数，当机器人趋近节点a=1,当机器人趋离节点 EaEe山Ea,其中，如Enn表示机器人接收中 a=-1. 心节点c的第a次的信号强度，En表示机器人接 针对中心节点与其他节点计算得，机器人与中 收普通静态节点z的第a次的信号强度，其余含义 心节点通信时长t,与第i个其他节点（除去中心节 类似.表示根据信号强度传播公式[6)： 点)通信时长t,综合机器人运动趋势条件结论 KE. 如下： (1) 由运动模型可知机器人t时间内运动位移相 2R--d正，当d<C,Ew<Ed ta= 等，设为s;由公式(1)计算出第a次，第b次，第c 次，共3次接收信号时刻距中心节点距离为dad.、 2R+VG-d;当dm<C,Em>Ed 0 d.·则机器人运动速率v为： (7) din da -2d R+C--d,当dm<C,E<Eed U=S 2 la= 1 12 R+C+园-d,当d<c,E>E (2) (8) 机器人与其他节点最小距离为da,其中与中 _2√(R+C)产-d (9) 心节点与静态节点距离分别为diin计算得： -2Eeea(Eeb+Eee） 2√AR-d= (10) diae2 式(9)~(10)中，tmm与t表示机器人由起点 1 (3) B(xb,yb)运动至终点D(x4,ya)过程中分别与中心 -2EE) 节点、第i个节点Z(x,y:)通信链路连接最大 dm=（+EE-2EEd 时长. E-y'kE. 111 在时间度量下的网络中节点利用率为剩余通信 (4) 时长占总通信时长的比例： 2.2消息传递算 刃=5 (11) 机器人由起点B(x6,y)运动至终点D(x,y) 过程中与第i个节点Z(x:,y:)通信链路连接最大 当满足条件m>0,t>0且-> 时长ts,根据运动模型计算得： 2E- -时，第i个机器人M,相比与中心节点通信， (5) 与邻居节点Z(x,y)通信能提高网络利用率、降 式中：d为节点到机器人运动轨迹最小通信距离， 低消息冲突、提高传输成功率，即满足公式(12)时， 普通静态节点取dmia,中心节点取dmn;rmm为最大 第i个机器人M,消息通过第i个节点Z(xa,y:)转 通信距离，普通静态节点通信距离取2R,中心节点 发比机器人M,与中心节点通信更有利于提高网络 取R+C. 节点利用率、网络消息负载均衡.由式(2)~ 设第i个机器人M,在作BD匀速直线运动过程 (11)得： 中，在时刻入与周围节点进行简单通信获取彼此基 2R+B R+C+aBa (12) 本信息，在入前与其他节点保持通信时长为t,由运 2√4R-dn2√(R+C)'-dn樊 飞等: 巡线机器人延迟容忍传感器网络数据传输策略 下次运动终点 D(xd , yd ). 为简化,计算中设中心节 点布置在运动区域原点 O(0,0),其他第 i 个静态节 点坐标为 Z(xzi, yzi). 在运动开始后机器人分别接 收到第 a 次, 第 b 次, 第 c 次,共 3 次间隔时长为 t驻、发送能量为 Es的中心节点与静态节点广播信号, 机器人接收信号强度 Erec分别为 Erec鄄ca 、Erec鄄cb、Erec鄄cc、 Erec鄄za 、Erec鄄zb、Erec鄄zc,其中,如 Erec鄄ca表示机器人接收中 心节点 c 的第 a 次的信号强度,Erec鄄za表示机器人接 收普通静态节点 z 的第 a 次的信号强度,其余含义 类似. 表示根据信号强度传播公式[16] : d = 酌 KEs Erec (1) 由运动模型可知机器人 t驻 时间内运动位移相 等,设为 s;由公式(1)计算出第 a 次, 第 b 次, 第 c 次,共 3 次接收信号时刻距中心节点距离为 dca 、dcb、 dcc . 则机器人运动速率 v 为: v = s t驻 = d 2 ca + d 2 cb - 2d 2 cc 2 t驻 = 酌 2 KEs ( 1 Erec鄄ca + 1 Erec鄄cb - 2 Erec ) 鄄cc t驻 (2) 机器人与其他节点最小距离为 dmin ,其中与中 心节点与静态节点距离分别为 dcmin 、dzmin计算得: d 2 cmin = ( - 2Erec鄄ca (Erec鄄cb + Erec鄄cc) Erec鄄caErec鄄cc + Erec鄄cbErec鄄cc - 2Erec鄄caErec鄄cb + 1 Erec鄄ca - ) 1 4 酌 2KEs (3) d 2 zmin = ( - 2Erec鄄za (Erec鄄zb + Erec鄄zc) Erec鄄zaErec鄄zc + Erec鄄zbErec鄄cc - 2Erec鄄zaErec鄄zb + 1 Erec鄄za - ) 1 4 酌 2KEs (4) 2郾 2 消息传递算法 机器人由起点 B(xb, yb)运动至终点 D(xd , yd ) 过程中与第 i 个节点 Z(xzi, yzi)通信链路连接最大 时长 tmax,根据运动模型计算得: tmax = 2 r 2 max - d 2 min v (5) 式中:dmin为节点到机器人运动轨迹最小通信距离, 普通静态节点取 dzmin ,中心节点取 dcmin ;rmax为最大 通信距离,普通静态节点通信距离取 2R,中心节点 取 R + C. 设第 i 个机器人 Mi在作 BD 匀速直线运动过程 中,在时刻 姿 与周围节点进行简单通信获取彼此基 本信息,在 姿 前与其他节点保持通信时长为 t姿 ,由运 动模型计算得: t姿 = r - a d 2 姿 - dmin v (6) 式中:r 为通信距离;v 为机器人移动速率;d姿为当 前通信距离,dmin为最小通信距离;a 为运动趋势系 数,当机器人趋近节点 a = 1,当机器人趋离节点 a = - 1. 针对中心节点与其他节点计算得,机器人与中 心节点通信时长 t c姿 ,与第 i 个其他节点(除去中心节 点)通信时长 t zi姿 ,综合机器人运动趋势条件结论 如下: t zi姿 = 2R - d 2 zi姿 - d 2 zimin v ;当 dcmin < C,Erec鄄ca < Erec鄄cb 2R + d 2 zi姿 - d 2 zimin v ;当 dcmin < C,Erec鄄ca > Erec ì î í ï ïï ï ïï 鄄cb (7) t c姿 = R + C - d 2 c姿 - d 2 cmin v ;当 dcmin < C,Erec鄄ca < Erec鄄cb R + C + d 2 c姿 - d 2 cmin v ;当 dcmin < C,Erec鄄ca > Erec ì î í ï ïï ï ïï 鄄cb (8) t cmax = 2 (R + C) 2 - d 2 cmin v (9) t zimax = 2 4R 2 - d 2 zimin v (10) 式(9) ~ (10)中,t cmax与 t zimax表示机器人由起点 B(xb, yb)运动至终点 D(xd , yd )过程中分别与中心 节点、第 i 个节点 Z ( xzi, yzi ) 通信链路连接最大 时长. 在时间度量下的网络中节点利用率为剩余通信 时长占总通信时长的比例: 浊 = tmax - t姿 tmax (11) 当满足条件 t zimax > 0, t cmax > 0 且 t zimax - t zi姿 t zimax > t cmax - t c姿 t cmax 时,第 i 个机器人 Mi相比与中心节点通信, 与邻居节点 Z( xzi, yzi)通信能提高网络利用率、降 低消息冲突、提高传输成功率,即满足公式(12)时, 第 i 个机器人 Mi消息通过第 i 个节点 Z( xzi, yzi)转 发比机器人 Mi与中心节点通信更有利于提高网络 节点利 用 率、 网 络 消 息 负 载 均 衡. 由 式 ( 2 ) ~ (11)得: 2R + 琢茁zi姿 2 4R 2 - d 2 zimin < R + C + 琢茁c姿 2 (R + C) 2 - d 2 cmin (12) ·1415·