[發明專利]一種基于數據聚合的傳輸調度時隙分配方法

有效

• 申請號: 201510097869.7
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104717752A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 龍軍;張金煥;何岸;張昊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周志中

技術領域

本發明涉及無線傳感網絡領域的數據傳輸調度方法，尤其是一種基于數據聚合的傳輸調度時隙分配方法。

背景技術

無線傳感網絡是物聯網的重要基礎技術之一，是物聯網中信息的獲取渠道，為物聯網提供了主動感知物理世界的手段。

在無線傳感網絡中，數據傳輸調度策略直接影響到網絡系統的運行效率和服務質量。目前，大部分基于數據聚合技術的數據傳輸調度都是采用如下過程：葉子節點在其調度時隙將其感知數據聚合成一個數據包進行發送；匯聚節點將其感知和接收的其它節點的數據聚合成一個數據包，在其調度時隙發送給其父節點；Sink節點將會接收其一跳子節點發送的數據包。大多數文章研究的都是以降低傳輸能耗與延遲為目標的數據傳輸調度問題。對于面向傳輸能量最優的數據傳輸調度算法，其目的為使收集全網數據所消耗的節點的數據傳輸能量最??；對于面向傳輸延遲最優的數據傳輸調度算法，其目標為使匯聚節點收集全網數據的延遲最小。

近年來，在無線傳感網研究領域中，傳統的數據獲取方式主要有兩種：一、面向原始數據收集的數據獲取方式。如果數據完全不相關，則它們不能被匯聚。傳感網中的中繼節點只是對傳輸路徑中的上一跳鄰居節點傳輸過來的數據包進行中繼轉發，并不對數據包的感知數據部分進行處理。因此這種方式我們也常常叫做數據收集。二、面向數據聚合技術的數據獲取方式。如果多個數據完全相關，則它們可以被匯聚為一個數據。在無線傳感網數據聚合過程中，網絡中繼節點在收到傳輸路徑中的上一跳鄰居節點傳輸過來的數據包后，并不是立即對數據包進行中繼轉發，而是對收集到的上游節點的感知數據與自己感知到的數據進行聚合計算操作，然后把聚合計算得到結果封裝到一個數據包中，再進行數據包的轉發。被匯聚的數據數量越多，節點需要通信的數據量越少，反之亦然。由于通信是節點最重要的能耗因素，因此數據聚合能夠有效地減少網絡中所需傳輸的數據量，降低數據傳輸能耗。數據聚合技術由于其在數據傳輸能量效率方面具有顯著優勢，因而得到了廣泛的關注。

綜上所述，在數據傳輸調度中無論是采用數據聚合(N個節點聚合成1個數據包)還是采用數據收集(N個節點聚合成N個數據包)，這兩種方式都是理想的一種狀態，在實際應用中，大多數情況是做不到的。聚合后的數據包都只考慮了邊界值1或N，而沒有考慮N個節點聚合成m個數據包，即1-N之間的情況。

因此急需提出一種能解決N個節點可以聚合成[1,n]之間個數的數據包的數據傳輸調度方法，也是更合乎實際情況的方法。

發明內容

本發明提供一種基于數據聚合的傳輸調度時隙分配方法，能保持了較好的性能，且更適合無線傳感器網絡的實際，適合于依據不同聚合率的數據聚合傳輸。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于數據聚合的傳輸調度時隙分配方法，包括如下步驟：

步驟一、為網絡中的節點構建聚合集合：根據聚合率r，r,r∈R&r∈(0,1)，根據公式計算出節點聚合數m的值，取m個節點盡量湊成整數個數據包進行聚合；

步驟二、調度時隙分配：從最后一層到第一層，依次考慮每一層的每一個節點，若該節點尚未分配時隙，則找到該節點所在的聚合集合，并為該聚合集合內所有的節點分配盡早開始的時隙。接著再考慮本層的每一個節點，如果節點有孩子節點,根據該節點和其孩子節點是否在同一個聚合集合中來給該節點分配時隙轉發其孩子節點最終的聚合結果。

優選地，步驟一中，聚合方式具體為：按照拓撲樹結構從下往上的順序，依次考慮每一層的每一個節點，如果當前節點不在任何聚合集合中,則把它加入一個聚合集合中.計算這個聚合集合包含的節點的個數L,如果L小于m,且父親節點不為sink，則把這個節點的父親節點加進這個聚合集合；又計算這個聚合集合包含的節點的個數L,如果L小于m,把這個節點的兄弟節點加進這個聚合集合；再次計算這個聚合集合包含的節點的個數L，如果L仍然小于m,設置這個節點的父親節點為當前節點；重復上述過程直到L和m相等,或者節點的父親節點為sink,或者節點的父親節點已經存在于某個聚合集合中。

優選地，步驟二中，非匯聚節點分配其子節點個數+1個時隙，匯聚節點分配一個時隙用來聚合所有的子節點的數據，集合內的中繼節點不聚合，而是轉發同一集合內子節點的數據。所以充分利用了遠sink區域的能量，增加了網絡的能量利用率。然而近sink區域的第一層節點因為都是聚合節點，所以在這個區域的數據因為聚合而需轉發的數據量大大減少，增加了網絡壽命。