[發明專利]一種基于不等分簇傳感器網絡的數據融合收集方法

有效

• 申請號: 201610909105.8
• 申請日: 2016-10-19
• 公開（公告）號: CN107969007B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉安豐;張琦;曾志文
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W16/20
• 分類號: H04W16/20;H04W16/22;H04W52/02;H04W84/18
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本發明公開了一種基于不等分簇的無線傳感器網絡數據融合收集策略，其特征在于依據無線傳感器網絡中進行快速全網絡數據聚合的需求，對以往策略進行改進優化。本發明方法提供一種遠基站區域簇半徑大、近基站區域簇半徑小的分簇網絡；并提出相應的不等分簇網絡數據融合收集調度算法，通過兩個階段(簇內數據聚合收集和簇間數據收集)來完成數據的融合收集。本發明提出的不等分簇結構能夠縮短數據聚合收集所需要時間，提高數據聚合的速度；同時，由于每一個簇頭節點在完成簇內數據聚合后，立即開始其數據傳輸，故簇頭節點的狀態轉換只需要1次，而以往的策略需要2次(一次從睡眠狀態轉到工作狀態進行簇內數據收集，而后轉入睡眠狀態，等到簇頭數據發送時再次醒來，進行簇頭數據發送)。因而本發明的方法能夠減少一次狀態轉換，從而減少能量消耗，提高網絡壽命。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡數據收集速度及節能領域，尤其涉及一種在傳感器網絡中的基于不等分簇的數據融合收集方法。

背景技術

TDMA調度是一種應用得非常廣泛且效率較高的MAC層協議。在以往對于調度算法的研究中，多集中在縮短調度時間或者采用分布式方法實現這兩個方面上。

多對一的調度以往研究中已經被解決了。在早期研究中，提出了一個集遺傳算法和粒子群算法于一體的進化算法來提高搜索能力；提出了啟發式算法，通過調度盡可能多的獨立部分來增加并行傳輸的能力。

Liqi Shi等人提出跨層優化策略，實現無線傳感器網絡中的高能量使用效率和低延遲。他們率先推導出在每一個鏈接上最節能的流，基于對每條連接上流的計算，他們提出了一個擁有最小幀長度的包含TDMA調度方法的算法協議。

但是數據的融合傳輸問題與一般TDMA調度不同，在融合傳輸過程中每個節點產生且僅產生一個數據包，而節點的數據收集有一個主要特征：在數據收集階段只接受數據；在發送階段，一旦發送數據，則此節點不再接收數據；而且不管接收到多少個數據包，經過聚合后都成為一個數據包。一些針對無線網絡提出的數據融合協議也同樣適用于無線傳感器網絡，其中大多數研究將這個問題分成二個部分：一是邏輯網結構，二是傳輸的調度構造樹。調度算法的共同目標是使用最少的時間片。

但是在前面的研究中，都是假設網絡中節點的發射半徑是固定的，但是很多實際網絡中，網絡參數如節點的發射半徑，簇半徑都是可調節的，而這些參數對網絡的延遲與能量消耗具有重要的影響。基于以上考慮，Habib M等人提出了節點發送半徑與延遲，能量消耗關系的優化。

雖然Habib M等人不是采用的TDMA方法，其選擇優化網絡參數來使網絡延遲與能量得到優化的思想同樣可以用到TDMA調度中。在本發明所提供的方法中，我們通過優化網絡結構從而在整體上使得網絡延遲與網絡壽命得到優化。我們首先經過理論分析，給出了延遲最小的優化簇半徑的選擇，然后提出了一種不等簇半徑的數據收集優化的網絡結構，并通過巧妙的安排節點的調度時隙，使得一個傳感器節點只醒來一次，連續完成所有操作，以減少節點的狀態轉換的能量消耗，提高網絡壽命。通通過實驗證明，也可以發現，本發明所提供的方法在能量消耗、延遲以及時間調度間隔等方面也均優于當前已有的調度算法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種傳感器網絡中的基于不等分簇的數據融合收集方法，以解決現有分簇網絡協議中的網絡延遲較大，能量使用效率不高等問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種基于不等分簇傳感器網絡中的數據融合收集方法，至少包括以下步驟：

首先對現有網絡形成一種遠離基站區域的簇半徑大，而近基站區域的簇半徑小的分簇網絡，計算出的不等簇半徑序列，對網絡優化的分簇結構進行計算。算法如下：

步驟1：初始化傳感器網絡；

設定傳感器網絡中不等簇半徑集合r_o為空集以及傳感器網絡的數據融合收集時間T_o為無窮大，n_h＝1；