[發(fā)明專利]一種數(shù)據(jù)聚合方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010197692.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN111490898A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張朝輝;李靖;劉倩;劉三陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/24
• 分類號(hào): H04L12/24;H04W40/10;H04W40/22;H04W40/24;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)聚合方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)將節(jié)點(diǎn)分為不同層，不同層節(jié)點(diǎn)選取一定比例的中繼節(jié)點(diǎn)；對(duì)不同層節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的初始能量，由于不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包具有不同的大小，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)要求采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)聚合系數(shù)；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命。

2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)聚合方法包括：

第一步，網(wǎng)絡(luò)布置好無線傳感器節(jié)點(diǎn)之后，根據(jù)距離使用貪婪算法從Sink根節(jié)點(diǎn)構(gòu)建最小路由樹，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信半徑從Sink節(jié)點(diǎn)開始對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層；

第二步，每一層中選擇一定比例的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)；

第三步，對(duì)每一層節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行設(shè)置；

第四步，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時(shí)間之后進(jìn)行局部路由樹重構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)壽命未終止返回第一步，否則終止網(wǎng)絡(luò)輸出最終的數(shù)據(jù)信息。

3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述第一步包括：對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)離Sink節(jié)點(diǎn)的距離進(jìn)行分層，并使用貪婪算法根據(jù)最小距離從Sink根節(jié)點(diǎn)開始逐步建立最小距離路由樹，選擇每一層的聚合系數(shù)：

其中hop_max為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)最大跳數(shù)，hop(i)為節(jié)點(diǎn)i的跳數(shù)。

4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述第二步包括：對(duì)于所有的節(jié)點(diǎn)，每一層隨機(jī)選取中繼節(jié)點(diǎn)的比例為：

其中ρ_n-hop為第i層中繼節(jié)點(diǎn)的比例，n_n-hop為第i層節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，N為總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

第i層中繼節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為：

5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述第三步包括：跳數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)能量為E_initial，處于不同跳數(shù)層的節(jié)點(diǎn)所具有的能量定義為：

其中E_i-hop是第i跳層所有節(jié)點(diǎn)的能量。

6.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，所述第四步包括：網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部路由樹重構(gòu)方法是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)、父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新選擇調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一定輪數(shù)之后，計(jì)算每一個(gè)節(jié)點(diǎn)收集、聚合以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需要的能耗乘以更新的輪數(shù)，如果能耗大于等于節(jié)點(diǎn)的剩余能量或者比較節(jié)點(diǎn)話，則對(duì)其子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同層轉(zhuǎn)移操作；子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移的具體操作方法為：通信半徑內(nèi)在父節(jié)點(diǎn)的同層中尋找剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)為中繼父節(jié)點(diǎn)，完成局部的路由重構(gòu)。

7.一種接收用戶輸入程序存儲(chǔ)介質(zhì)，所存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序使電子設(shè)備執(zhí)行權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述包括下列步驟：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)將節(jié)點(diǎn)分為不同層，不同層節(jié)點(diǎn)選取一定比例的中繼節(jié)點(diǎn)；對(duì)不同層節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的初始能量，由于不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包具有不同的大小，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)要求采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)聚合系數(shù)；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命。

8.一種實(shí)施權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述數(shù)據(jù)聚合方法的數(shù)據(jù)聚合系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)聚合系統(tǒng)包括：

網(wǎng)絡(luò)分層模塊，用于根據(jù)距離使用貪婪算法從Sink根節(jié)點(diǎn)構(gòu)建最小路由樹，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信半徑從Sink節(jié)點(diǎn)開始對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層；

中繼節(jié)點(diǎn)選擇模塊，用于實(shí)現(xiàn)每一層中選擇一定比例的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)；

節(jié)點(diǎn)能量設(shè)置模塊，用于對(duì)每一層節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行設(shè)置；

局部路由樹重構(gòu)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時(shí)間之后進(jìn)行局部路由樹重構(gòu)。

9.一種搭載權(quán)利要求8所述數(shù)據(jù)聚合系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)。

10.一種如權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述數(shù)據(jù)聚合方法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。