專利名稱：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)據(jù)采集問題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中研究最廣泛?jiǎn)栴}之一，一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)部署好的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(通常由電池提供電力)組成，每個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)都裝配了一些不同類型的傳感器例如溫度傳感器、濕度傳感器等。通常，一個(gè)部署好的傳感器節(jié)點(diǎn)有它固定的位置，其對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行取樣，然后將數(shù)據(jù)包通過一跳或者多跳傳輸?shù)筋A(yù)先定義的匯點(diǎn)。然而，考慮到部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小。例如，在用于檢測(cè)二氧化碳的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)(即它們?cè)谝惶秶鷥?nèi)是相鄰的)由于路由選擇和任務(wù)調(diào)度的不同，執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量可以相差很多倍。這一方面將直接導(dǎo)致一些“關(guān)鍵”的節(jié)點(diǎn)能量消耗快速，降低網(wǎng)絡(luò)的壽命。另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)包匯集到匯點(diǎn)的過程中，由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，也會(huì)直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟棄和丟失情況。例如，在用于檢測(cè)二氧化碳的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大約有20%數(shù)據(jù)包在到達(dá)匯點(diǎn)之前要傳輸超過十五跳。顯然，丟失的數(shù)據(jù)包已經(jīng)傳輸了很長(zhǎng)的距離，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。雖然限制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)的生命周期可以緩解這種情況，可是合理的設(shè)置數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的生命周期是一個(gè)比較困難的問題。
在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另 一個(gè)應(yīng)用方案中，一組傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在森林中固定的位置，它們監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境，并周期性地采集數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)所有當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)。一些森林管理者攜帶手提設(shè)備按照設(shè)計(jì)好的路線在森林里巡游，當(dāng)它們到達(dá)部署的一些傳感節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍內(nèi)時(shí)，手提設(shè)備將直接采集數(shù)據(jù)。在這種類型的應(yīng)用中，特別是對(duì)于一些部署在外部環(huán)境的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)的可訪問性需要仔細(xì)考慮，例如，一些傳感器節(jié)點(diǎn)可能部署在水中，或者懸崖周邊，或者對(duì)森林管理者來(lái)說(shuō)不能夠輕易靠近的危險(xiǎn)區(qū)域。因此，如果一些節(jié)點(diǎn)不能夠直接靠近(或者說(shuō)它們的數(shù)據(jù)無(wú)法直接獲取)，那么就需要有其他節(jié)點(diǎn)承擔(dān)起為他們轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的責(zé)任。
此外，在各項(xiàng)異性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可能具有不同的性能(例如，不同的緩沖區(qū)大小、不同的計(jì)算和傳輸能力等)，甚至在各項(xiàng)同性的無(wú)線傳感網(wǎng)中，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)被部署和運(yùn)行一段時(shí)間后，它們也許會(huì)有不同的剩余能量?？紤]到這種情況，理論上應(yīng)該讓性能更好的一些節(jié)點(diǎn)(擁有更多可用的能量，更大的緩存，更長(zhǎng)的傳輸距離等)承擔(dān)更多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)責(zé)任。上述幾種情況在傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集過程中普遍存在，如果解決不好將會(huì)直接導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)的高能耗、降低數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃院驼麄€(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，其能夠減少移動(dòng)數(shù)據(jù)采集過程中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃裕沟脽o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)更具實(shí)用性。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
—種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，令無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合 V=Ivci, V1, V2, , V1J ,其中，Vci為移動(dòng)匯點(diǎn)，V1, V2, . . . , Vn為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)；當(dāng)不考慮靜態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi 與移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl之間的數(shù)據(jù)傳輸距離r時(shí)，獲取移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集路徑的方法具體包括如下步驟
A、基于節(jié)點(diǎn)之間的可訪問性，獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C，其中， I彡i彡n，C={Cv0,
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，其特征在于，令無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合V=Ivci, V1, V2, , V1J ,其中，Vtl為移動(dòng)匯點(diǎn)，V1, V2, . . . , Vn為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)；當(dāng)不考慮靜態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi與移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl之間的數(shù)據(jù)傳輸距離r時(shí)，獲取移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集路徑的方法具體包括如下步驟A、基于節(jié)點(diǎn)之間的可訪問性，獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C，其中，I< i Sn， C={CvQ，Cv1, CvJ，Cvtl為移動(dòng)匯點(diǎn)V。的覆蓋節(jié)點(diǎn)集，Cv1,…，Cvn為靜態(tài)節(jié)點(diǎn) V1, V2, . . . , Vn對(duì)應(yīng)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集；B、根據(jù)所述覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C,利用GST(Group Stennier Tree)算法獲得一個(gè)最小長(zhǎng)度的GST，假設(shè)為T，其中，T至少連接了覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C中每個(gè)覆蓋節(jié)點(diǎn)集中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)， T= (VT, Et)，Vt=V’ n r,r為T上所有靜態(tài)節(jié)點(diǎn)的集合，V〃為T上附加的Steiner節(jié)點(diǎn)的集合，Et為T上所有邊的集合；C、基于T，從移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl為出發(fā)，獲得一條歐拉圖G’，其中，所述歐拉圖G'是指從移動(dòng)匯點(diǎn)％為出發(fā)，遍歷T上的每條邊一次且僅一次就行遍T上所有節(jié)點(diǎn)的回路；D、以移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl為起點(diǎn)，利用深度優(yōu)先搜索算法(D^thFirstSearch, DFS),獲取歐拉圖G’的一條歐拉路徑G";E、基于歐拉路徑G"，從移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl出發(fā)，獲得一個(gè)哈密頓回路P(Hamiltoniancycle), 并將該哈密頓回路P作為移動(dòng)匯點(diǎn)％的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集路徑，其中，所述哈密頓回路P的形成過程如下基于歐拉路徑G"，從移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl出發(fā)，僅對(duì)V’中的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問且僅訪問一次，而對(duì)V"中的節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行訪問，依此獲得哈密頓回路P。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，其特征在于，當(dāng)考慮靜態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi與移動(dòng)匯點(diǎn)％之間的數(shù)據(jù)傳輸距離r時(shí)，獲取移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集路徑的方法具體包括如下步驟a、同步驟A，基于節(jié)點(diǎn)之間的可訪問性，獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C，其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，其特征在于，若節(jié)點(diǎn) ' 為Vi的覆蓋節(jié)點(diǎn)集Cvi中的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)Vi的數(shù)據(jù)包可以從節(jié)點(diǎn) '采集到， 也即節(jié)點(diǎn)Vj為節(jié)點(diǎn)Vi的覆蓋節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)Vj和節(jié)點(diǎn)Vi之間存在可訪問性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，其特征在于，所述基于節(jié)點(diǎn)之間的可訪問性，獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C，具體包括Al、根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)化目標(biāo)確定相應(yīng)的覆蓋條件；A2、對(duì)于V=Ivci, V1, v2,. . . , vn}中的任一節(jié)點(diǎn)Vi,查找V中滿足所述覆蓋條件,也即使覆蓋函數(shù)Cov (V」,Vi)等于I的所有節(jié)點(diǎn)Vj的集合Cvi,其中,0彡i彡η,Ο彡j彡n, Cvi稱為節(jié)點(diǎn)Vi的覆蓋節(jié)點(diǎn)集；A3、利用所述Cvi,獲得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組C，其中，O ^ i ^n, C=ICvtl, Cv1,CvJ，Cv0為移動(dòng)匯點(diǎn)Vtl的覆蓋節(jié)點(diǎn)集，其值為IvcJ，Cv1,. . . , Cvn為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)V1, V2, . . . , Vn對(duì)應(yīng)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的采集方法，包括A、基于節(jié)點(diǎn)之間的可訪問性，獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋節(jié)點(diǎn)集組。B、根據(jù)所述覆蓋節(jié)點(diǎn)集組，利用GST算法獲得一個(gè)最小長(zhǎng)度的GST，假設(shè)為T。C、基于T，從移動(dòng)匯點(diǎn)為出發(fā),獲得一條歐拉圖G'。D、以移動(dòng)匯點(diǎn)為起點(diǎn)，利用深度優(yōu)先搜索算法，獲取歐拉圖G'的一條歐拉路徑G"。E、基于歐拉路徑G"，從移動(dòng)匯點(diǎn)v0出發(fā)，獲得一個(gè)哈密頓回路P,并將其作為移動(dòng)匯點(diǎn)v0的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集路徑。本發(fā)明能夠減少移動(dòng)數(shù)據(jù)采集過程中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高了數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃院蜔o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103068020SQ201310022128
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者毛續(xù)飛, 劉云浩 申請(qǐng)人:無(wú)錫清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中心