[發明專利]一種射頻能量捕獲無線傳感器網絡的數據收集方法

在審

• 申請號: 201610033957.5
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105636185A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 田賢忠;林初超;沈杰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04W52/04
• 分類號: H04W52/04;H04W52/34;H04W84/18;H04L12/10
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，具體涉及在能量捕獲無線傳感器網絡中，結合網絡中節點的剩余能量和節點捕獲能量能力狀況，分步地對傳感器節點中的數據逐層采集到匯聚節點的實現方法。

背景技術

無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks，WSN)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域，被認為是對21世紀產生巨大影響力的技術之一。無線傳感器網絡的研究，主要認為傳感器節點由一些輕便和有限的能源供電，例如電池。一旦傳感器節點的能量耗盡，它就不能繼續執行自己的任務直到重新部署或更換電池。即使通過各種算法和協議去優化，節點的生命周期也非常的短，這嚴重的限制了無線傳感器網絡的應用。

能量捕獲傳感器網絡(EnergyHarvestingWirelessSensorNetwork，EH-WSN)的傳感器節點帶有捕獲環境能量的裝置，能夠捕獲環境中的能量(如無線電波，太陽能，風能，動能等)來維持設備的運行。這樣的無線傳感器網絡的應用也非常廣泛，如在農業中部署在戶外用來監測各種環境數據(比如溫度，濕度等)。具有能量捕獲的傳感器節點的能量捕獲能力也是非常有限的，因此在需要收集節點數據時我們也需要避免某些節點因為處理數據量過大而能量耗盡。

發明內容

為了克服現有無線傳感器網絡的無法平衡網絡中節點的剩余能量、網絡生命周期較短的不足，本發明提供一種應用于射頻能量捕獲無線傳感器網絡，能充分平衡網絡中節點的剩余能量，延長網絡生命周期的數據收集方法。

本發明提供的技術方案為：

一種基于射頻能量捕獲無線傳感器網絡的數據收集方法，通過發送“跳”命令實現節點數據的分步收集，包括以下步驟：

步驟1，數據匯聚節點向網絡中的節點發送第p次“跳”命令，初始層I_P中未發送數據的傳感器節點向第I_P-1層的節點發送各自的數據；

步驟2，在第I_P-1層中選擇最佳的傳感器節點來轉發上一層發來的數據，被選中的傳感器節點獲得了發送時隙，同層的其它節點則丟棄得到的數據；

步驟3，獲得發送時隙的節點將接收到的來自第I_P層的數據和自身的數據發送給第I_P-2層的傳感器節點，同理第I_P-2層中最佳的傳感器節點獲得發送時隙，同層的其它的節點丟棄得到的數據，以此類推直到數據傳輸到匯聚節點；

“跳”命令執行的次數為t：

N為根據傳感器節點到匯聚節點的距離，對網絡中節點進行分層而得到的網絡總層數，k為層號，其中每層的節點數為μ_k，a_k為1表示第k層節點需要一個“跳”命令來收集數據，a_k為0表示在執行前面的“跳”命令時第k層節點的數據已經全部傳遞到匯聚節點，a₁＝1，a_k滿足如下條件：

第p次“跳”命令的初始層為I_P：

I_P＝p+D_P

D_P的取值如下：

每一次的“跳”命令保證了初始層的傳感器節點的數據都已經發送到了匯聚節點。同時匯聚節點會將已經收集過數據的節點的MAC地址加入到命令的確認列表中。

進一步，所述步驟2的最佳傳遞節點的選擇，包括以下步驟：

步驟2.1，初始層中未向匯聚節點發送過數據的節點向下一層的節點廣播自身采集的數據；

步驟2.2，下一層未傳遞過數據的節點在收到由上層節點發來的數據后，采用類似于802.11的MAC層協議中的分布式協調功能來決定傳遞節點，每一個收到數據的節點在發送數據前都要等待一段DIFS時間，然后再等待一個隨機產生的延遲發送時間，而本方法的不同之處在于每個節點的延遲發送時間不再是隨機產生，而是由節點的剩余能量所決定，節點的剩余能量越大，延遲發送的時間越短；

步驟2.3，同層的其他節點在準備發送數據時發現已有節點獲得發送時隙，則丟棄收到的數據包；

再進一步，所述步驟2.2中，當前節點的剩余能量為節點初始能量加上發送數據時能夠捕獲的能量再減去發送數據到下一層節點所消耗的能量。