[發明專利]一種基于樹狀簇結構的無線傳感器網絡移動數據收集方法

有效

• 申請號: 201510001876.2
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104540173B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 朱川;武帥;韓光潔;劉國高;張賽
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W52/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于樹狀簇結構的無線傳感器網絡移動數據收集方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)、成樹階段

每個傳感器節點通過鄰居間相互通信，對比權重找到一跳范圍內權重值最大的父節點，從而建立數據收集樹，將樹上節點分為根節點、葉子節點、普通子節點三種，并根據節點的特征確定樹上的根節點和葉子節點，最終由根節點進行廣播，使得樹上葉子節點和所有普通子節點均獲取到距離根節點的跳數信息；

(2)、數據收集樹內匯聚點RP和子匯聚點SRP的選取

確定每棵樹的根節點為匯聚點RP，并根據樹的深度、各子樹節點數量對樹進行分割在樹上尋找樹內子匯聚點SRP，從而平衡負載；

(3)、數據收集樹內數據上傳存儲與移動數據收集器MDC數據收集

將匯聚點RP和子匯聚點SRP所在位置作為移動數據收集器MDC的駐留位置，傳感器節點將自身及子節點的數據發給自己的父節點，直到上傳到匯聚點RP和子匯聚點SRP周圍一跳范圍內的鄰居子節點，由后者存儲并等待移動數據收集器MDC以旅行商遍歷的方式到達這些位置后再上傳到移動數據收集器MDC，最終由移動數據收集器MDC上傳給靜態sink；

(4)、匯聚點RP和子匯聚點SRP調整

在每個數據收集周期內，各匯聚點RP、子匯聚點SRP在移動數據收集器MDC收集完數據后，查詢統計一跳范圍鄰居節點平均剩余能量，若低于所記錄的上一次統計的初始剩余能量平均值的m％，0<m<50，則上傳重新成樹請求給移動數據收集器MDC，移動數據收集器MDC將其匯總發給靜態sink，靜態sink每個周期結束后計算各周期收到的重新成樹請求數量累加值與總RP+SRP數量的比值，高于閾值的n％，50<n<100，則進行重新成樹，否則通知移動數據收集器MDC繼續執行收集任務；

所述的步驟(1)中父節點的選取，對比自身權重和周圍一跳鄰居節點的權重，其選取方法如下：

(4a)、如果節點i在其一跳范圍內存在比自身權重值大的鄰居節點，則節點i將在這些節點中選取權重值最大的節點為自身的父節點，同時節點i為其子節點；此時如果存在多個權重值最大的節點，則節點i將選取ID值較大的節點作為其父節點，同理，如果節點i一跳鄰居中有節點j發現i為其周圍最大權重節點且W_i>W_j，或者W_i＝W_j,i>j時，則節點i為節點j的父節點，節點j為其子節點；其中，W_i是節點i的權重，W_j是節點j的權重；

(4b)、如果沒有節點將i視為父節點，同時i一跳范圍內鄰居節點的最大權重值比i的權重值小，此時如果按照4a的情況進行處理，則節點i將成為孤立節點，為了避免這種情況的出現，節點i仍將選取自己一跳鄰居中最大權重的節點為自身的父節點；

(4c)、如果節點i一跳鄰居中最大權重值的節點為節點j，j和i的權重值相等，則i將與j對比ID，如果i<j，則i將j視為父節點；

所述的步驟(2)中樹內匯聚點RP和子匯聚點SRP的選取方法如下：

選取每棵樹的根節點作為移動數據收集器MDC收集數據時的數據匯聚點RP，當形成的樹深度較大，子節點過多，且存在大量子節點距離根節點的跳數值較大時，選取一部分樹內子節點為樹內子匯聚點SRP來緩解根節點周圍的負載壓力；

子匯聚點SRP的選取考慮各子節點到達匯聚點RP節點的跳數和各節點自身的子節點個數，每個子節點根據所收到廣播包BRO_MSG計算出：

(8a)、自身到匯聚點RP的跳數，即自身所在層數H(i,RP)；

(8b)、自身的子節點個數CN(i)；

(8c)、自身需要上傳的數據量DS(i)＝(CN(i)+1)×k bit，即所有子節點和自身的數據量，其中k為每個節點感知到的數據量，

子匯聚點SRP的選取，確定候選SRP的權重值為：w(i)＝H(i,RP)×DS(i)，其中H(i,RP)為自身到RP的跳數，即自身所在層數，DS(i)自身需要上傳的數據量；

所述子匯聚點SRP的選取原則為：

(9a)、如果節點i確認自己距離根節點跳數值H(i,RP)>2且子節點個數CN(i)>＝2，則可以將自身確定為候選SRP，并計算出自己的權重w(i)＝H(i,RP)×DS(i)，每個候選SRP將和自己的兩跳子節點交換信息；

(9b)、如果同一棵子樹上，某個候選SRP發現自身的父節點不為候選SRP，而兩跳范圍有多個子節點為候選SRP，則將對比自身的權重和這些候選SRP的權重，選取權重較大者為最終SRP；若這些候選SRP的權重值相等，此時將選取較低層數的祖先節點為最終SRP；如果候選SRP相隔兩跳之外則都取為最終SRP。