[發明專利]一種基于樹狀簇與移動元素的數據收集方法

有效

• 申請號: 201710871553.8
• 申請日: 2017-09-24
• 公開（公告）號: CN107613480B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 鐘萍;李亞婷;張藝雯;段桂華;劉偉榮
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W40/10;H04W52/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種基于樹狀簇與移動元素的數據收集方法。包括如下步驟：基于域心距離的網絡區域劃分，選取中心點和域心，從而將整個網絡劃分為多個區域；在每個區域中選擇用于收集數據的小車出發點位置；在分區內選擇數據匯聚節點SP并視為單棵樹的根節點，基于距離根節點的最短跳數計算每個節點的父節點與子節點集合，構建每個匯聚點SP的數據收集樹；同時構建關于能量消耗量的優化函數，計算每個節點的數據產生率和鏈路傳輸率；匯聚點SP將作為DCV巡游網絡時的駐留收集點，且在固定周期后重新選擇匯聚點SP，隨之生成數據收集樹。因此，本發明有效的減少了網絡中數據傳輸能耗和DCV移動消耗，降低數據收集時延，緩解hotspot問題，延長網絡生命期。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，具體地涉及一種在無線傳感器網絡中基于一種基于樹狀簇與移動元素的數據收集方法。

背景技術

收集網絡中產生的數據是進行目標監控，信息分析的重要手段之一。目前，數據收集方式主要分為兩種形式，多跳通信和移動元素。然而，多跳數據傳輸雖然減少了數據收集延遲，但增大了向上傳遞數據時的通信能量消耗，造成hotspot問題。利用移動元素極大的減少了通信能耗，但是由于移動元素的速度有限，尤其當傳感區域范圍較大時，這會相應的增大數據收集延遲。

為了解決上述問題，數據收集的研究者們提出了一種新的方法，綜合使用動態匯聚節點和移動元素收集數據，緩解hotspot問題，減輕數據收集延遲。例如Yuanyuan Yang等人的”A Framework of Joint Mobile Energy Replenishiment and Data Gathering inWireless Rechargeable Sensor Networks,IEEE Transactions on MobileComputing.13(12):2689-2705.2014.”。首先將所有傳感器節點k跳之內最小能量值作為該節點的能量標記，并將其按照降序排列，隨后，依次選擇具有最大能量標記的傳感器節點作為數據匯聚點SP。每個節點出邊的權重為其能量的倒數，然后利用Dijkstra算法構建朝向SP的有向樹。移動小車SenCar巡游網絡兩次作為一個周期，第一次用于數據收集，SenCar只需訪問匯聚點SP，其它傳感器節點將數據以多跳的形式傳至SP。第二次巡游網絡用于無線充電，SenCar對發送能量請求的傳感器節點進行無線充電。雖然，該方法在選擇匯聚點時考慮了傳感器節點能量因素，緩解了hotspot問題，同時用回路限制約束了收集延遲問題。但當網絡區域較大時，依舊使用一輛SenCar進行數據收集和無線充電，且無線充電時間較長不可忽略，這將會造成較大的數據收集時延。

Cong Wang等人的”A Mobile Data Gathering Framework for WirelessRechargeable Sensor Networks with Vehicle Movement Costs and CapacityConstrains,IEEE Transactions on Computers.65(8):2411-2427.2016.”。將傳感區域視為方形，將其左下端坐標設為(0,0)。x軸，y軸分別為方形傳感區域與原點相鄰的兩條邊，然后在x軸平行放置I個圓，在y軸平行放置J個圓。其中任意兩個相鄰的圓心半徑為r＝hd_r，h為每個簇的最長傳輸跳數，d_r為傳感器節點傳感范圍大小。此時，每個圓的圓心即為數據匯聚點SP。移動小車SenCar周期性地巡游整個網絡，在圓心處停留收集數據。雖然該方法在計算節點坐標和匯聚點位置較為方便，但是它忽略了在一個簇內，節點的能量和數量限制，這將會造成hotspot問題。

因此，目前基于傳感器網絡中基于樹狀簇和移動元素普遍存在的問題是：

1)當傳感區域較大時，由于移動元素即數據收集小車Data Collection Vehicle(DCV)的速度有限，需要DCV逐一移動至各個傳感器節點收集數據，很大程度上增大了數據收集延遲和DCV的移動能耗。如何對網絡中所有傳感器節點進行合理劃分，在每個分區內部署一輛DCV進行數據收集，對分析數據收集延遲和節點能耗緊密相關。。