[發(fā)明專利]基于移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量感知與路徑架構(gòu)的數(shù)據(jù)收集方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711070410.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN107612806B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫衛(wèi)敏;張志勇;尚翠娟;陳桂林;趙生慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 滁州學(xué)院
• 主分類號(hào): H04L12/44
• 分類號(hào): H04L12/44;H04W40/04;H04W40/10;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 蕪湖思誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 楊濤

本發(fā)明公開了一種基于移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量感知與路徑架構(gòu)的數(shù)據(jù)收集方法，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：S1，建樹階段：通過給定數(shù)量的傳感器，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在特定的感知區(qū)域內(nèi)感知數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至作為樹根的基站進(jìn)行處理；S2，數(shù)據(jù)收集點(diǎn)的選擇：在構(gòu)建的最小生成樹中，基站從傳感器節(jié)點(diǎn)集合中選擇最大的利益的節(jié)點(diǎn)作為候選的匯聚節(jié)點(diǎn)并計(jì)算路徑長度，并將計(jì)算出的路徑長度與給定的路徑長度進(jìn)行比較，反復(fù)執(zhí)行以上操作直至得到匯聚節(jié)點(diǎn)的集合。本發(fā)明采用EAPC算法，幫助CP節(jié)省了能量與時(shí)間，使得負(fù)擔(dān)最大的數(shù)據(jù)收集點(diǎn)能夠節(jié)省能量,以均衡節(jié)點(diǎn)能量，延長數(shù)據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體是基于移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量感知與路徑架構(gòu)的數(shù)據(jù)收集方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)控、火災(zāi)監(jiān)測(cè)、智能家居、健康照護(hù)與醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)是有電池供電，電池的能量是有限的，為了節(jié)約能量，很多學(xué)者采取各種方法與措施來降低無線傳感器的能耗，如覆蓋、數(shù)據(jù)收集等，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的數(shù)據(jù)收集中，很多文獻(xiàn)主要是研究在一個(gè)特定區(qū)域部署大量的靜態(tài)的傳感器節(jié)點(diǎn)，并采取一定的方式構(gòu)建一個(gè)路徑，將節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)傳遞到基站，然而這種做法會(huì)造成接近基站的傳感器節(jié)點(diǎn)，會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)大量的數(shù)據(jù)，耗費(fèi)大量的能量，導(dǎo)致能量的不平衡和很短的生命周期，為了處理能量不平衡的問題，許多研究采用移動(dòng)元素Mobile Element(ME)，如移動(dòng)sink或者機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，在采用移動(dòng)元素ME進(jìn)行WSN數(shù)據(jù)收集，將目前移動(dòng)數(shù)據(jù)收集文獻(xiàn)研究分為兩類，一類是不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)收集，另一類是需要轉(zhuǎn)發(fā)的部分?jǐn)?shù)據(jù)收集，不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集主要是在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)部署的傳感器,由移動(dòng)數(shù)據(jù)收集車收集每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),降低了能耗還能量的平衡,然而,移動(dòng)數(shù)據(jù)收集車要收集每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),增加了路徑的長度與時(shí)間的延遲,造成數(shù)據(jù)的滯后性與不及時(shí)性,因此為了解決這個(gè)問題,很多研究者研究考慮采用部分轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),這種類型的數(shù)據(jù)收集主要是部署的傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇一些數(shù)據(jù)收集點(diǎn),這些數(shù)據(jù)收集點(diǎn)建立或者子樹,每一棵子樹的根節(jié)點(diǎn)即為數(shù)據(jù)收集點(diǎn),將所有數(shù)據(jù)收集點(diǎn)連接起來建立路徑,移動(dòng)數(shù)據(jù)收集車沿著所建立的路徑去收集數(shù)據(jù),其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)根據(jù)所在子樹,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給子樹的根節(jié)點(diǎn),即數(shù)據(jù)收集點(diǎn)。這種做法在一定程度上改善了能量不平衡的問題與數(shù)據(jù)的延遲性問題，但他們并沒有考慮到兩個(gè)數(shù)據(jù)收集點(diǎn)距離的問題，因此，在一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)收集時(shí)，如何保證在一定的能耗開銷與時(shí)延下，縮小子樹之間的長度，降低網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延與能耗問題，實(shí)現(xiàn)提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

目前，通過移動(dòng)元素對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的相關(guān)研究文獻(xiàn)如下：

(1)Miao Zhao和Yuanyuan Yang等人在2012年的《IEEE TRANSACTIONS ONCOMPUTERS》上發(fā)表的“Bounded Relay Hop Mobile Data Gathering in Wireless SensorNetworks”，提出了一個(gè)基于輪詢的數(shù)據(jù)收集方法，采用集中式和分布式兩種算法尋找合適的輪詢點(diǎn)PP(polling point)緩存并融合數(shù)據(jù)等待MDC到來收集。其中集中式算法需要建立最短路徑樹，設(shè)定一定的跳數(shù)限制，在樹上以迭代方式選擇合適且最少的PP點(diǎn)，并保證該P(yáng)P點(diǎn)能夠關(guān)聯(lián)最多的其它節(jié)點(diǎn)。但是集中式算法需要全局信息。而分布式算法首先需要獲取兩個(gè)參數(shù)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)d跳鄰居數(shù)目，以及該節(jié)點(diǎn)到達(dá)sink的最小跳數(shù)。通過與d跳鄰居交換信息并對(duì)比，如果某節(jié)點(diǎn)覆蓋d跳內(nèi)的鄰居數(shù)量較多且更接近于sink，則將擁有更高的成為PP的優(yōu)先權(quán)，以此原則可以得到最少的PP而且所得PP能夠分布更緊密，從而顯著減少M(fèi)DC的回路長度，進(jìn)一步縮短時(shí)延。但是該文獻(xiàn)的兩種算法僅考慮了距離、密度和時(shí)延問題，未充分考慮網(wǎng)絡(luò)的能量有效性，而且對(duì)于PP點(diǎn)周圍易形成hotspot的問題沒有過多關(guān)注。