一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法技术

技术编号:14012573 阅读:74 留言:0更新日期:2016-11-17 13:59
本发明专利技术公开了一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法,包括以下步骤:(1)网络测量阶段建立电压与电量的对应关系,之后通过初始路由树收集传感器节点的电压信息以估计电量,同时收集节点的邻居信息以构建网络拓扑结构。(2)网络分解阶段将网络根据拓扑信息划分为2连通子网络。(3)子网络求解阶段通过建立整数线性规划问题寻找子网络路由结构。(4)路由分发阶段将路由结构分发到网络中,节点更新路由结构以将数据发送到汇聚节点。本发明专利技术可用于节点的剩余电量不同的传感器网络中,能够更快构建出生存时间最长的路由结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线网络
,是一种无线传感器网络中信息的传输方法,具体涉及一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法
技术介绍
无线传感器网络的主要应用之一是监测环境状况并周期性将监测到的数据发送到汇聚节点,如,当应用于生态环境监测或者建筑物质量状况监测时,传感器节点均需要周期性采集指定的数据,之后将数据通过某种方式传输到汇聚节点供后续处理。可选的传输方式包括树状结构和网状结构。树状结构中,每个节点需要将数据发送给父节点,数据的流向为一棵以汇聚节点为根的树,称为路由树。而在网状结构中,每个节点可以将数据分别发送给不同节点。由于网状结构的路由表较大,不易于维护,实践中主要采用树状结构。树状结构在构造时的主要目标是尽可能延长网络的生存时间。这是因为传感器节点一般由电池供电,在野外工作时无法更换电池,因此在给定初始电量的前提下延长网络的生存时间是一个关键问题。当传感器网络中不同节点的初始电量不同时,该网络被称为能量异构无线传感器网络。为能量异构无线传感器网络构造树状路由结构的方法目前有两类。一类是给定方法的运行时间,要求找到的路由结构具有尽可能长的生存时间。这种方法的运行时间可以预测,但找到的路由结构的生存时间较短。另一类方法不限定运行时间,要求找到的路由结构具有最长的生存时间。目前这类方法主要采用图分解,辅以一些启发式的贪婪规则对解空间进行回溯式穷举。缺点有二。一是构造路由结构消耗的时间较长,实验发现当节点个数增加至40个时,超过20%的网络无法在2小时内找到路由结构,极大限制了方法的实用性。二是未考虑实际应用中方法的运作模式,比如,如何估计初始电量以及收集、分发路由决策等。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足,本专利技术提供一个耗时短、实用的方法,能够为能量异构无线传感器网络找到生存时间最长的树状路由结构。相对于已有方法,本专利技术可在给定时间内为更多网络构建生存时间最长的路由结构。技术方案:为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法,包括如下四个阶段步骤:(1)网络测量:包括(1.1)建立电压与电量的对应关系;(1.2)建立初始路由树收集节点的电压信息以估计电量,同时收集节点的邻居信息以构建网络拓扑结构;(2)网络分解:将网络根据拓扑信息划分为两连通子网络;(3)子网络求解:通过建立单一的整数线性规划问题构建子网络路由结构;(4)路由分发:将路由结构分发到网络中,节点调整路由表。进一步的,所述步骤(1.1)建立电压与电量的对应关系的具体步骤如下:(1.1.1)准备两个传感器节点和一台计算机,将其中一个节点装入全新的电池作为发送节点,另一个节点和计算机组装成汇聚节点,同时作为接收节点;(1.1.2)编程让发送节点以最高的采样频率采集电池的电压数据,并将所述电压数据以及时间戳写入到一个报文中进行广播,利用接收节点记录广播的数据信息;当接收节点收不到数据时即认为发送节点的电量已耗尽;(1.1.3)接收节点将报文数量转换为剩余电量数据;(1.1.4)将电池的电压数据与(1.1.3)取得的电量数据对应。进一步的,所述步骤(1.2)收集网络拓扑信息与电池剩余电量,具体步骤如下:(1.2.1)系统中的汇聚节点广播报文,任意节点收到报文后转发,建立一个最短路径路由树;在此过程中每个节点收集邻居列表信息,并检测电池电压;(1.2.2)路由树建立后,每个节点沿着路由树将邻居列表与电池电压数据发送给所述汇聚节点;(1.2.3)所述汇聚节点将每个节点的电压根据步骤(1.1)转换为电量,记录节点i的电量为ei;记录每个节点的邻居信息。进一步的,所述步骤(2)网络分解的具体步骤如下:(2.1)系统中的汇聚节点将邻居节点间的边删除,记删边后的网络连通图为G;(2.2)将所述网络连通图G分解为二连通子图G1、G2,分解后的每个子图将有一个根节点;同时记录所述根节点的子孙节点个数。进一步的,所述步骤(3)子网络求解的具体步骤如下:(3.1)任选一个尚未解决的子网络,将子网络中所有节点重新编号,从0开始递增,根为0号节点,保留原有编号和新编号的对应关系;(3.2)构建整数线性规划问题;(3.3)求解所述整数线性规划问题,从最优解的xij值得到子网络最优路由结构,标记当前子网络为已解决;(3.4)若存在尚未解决的子网络,跳转到步骤(3.1);否则,跳转到步骤(4)。进一步的,所述步骤(3)中,所述整数线性规划问题具体如下:minx t (1)subject to∑j|ij∈D xij=1,for all i∈V\\{0本文档来自技高网
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一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法

【技术保护点】
一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法,其特征在于:包括如下四个阶段步骤:(1)网络测量:包括(1.1)建立电压与电量的对应关系;(1.2)建立初始路由树收集节点的电压信息以估计电量,同时收集节点的邻居信息以构建网络拓扑结构;(2)网络分解:将网络根据拓扑信息划分为2连通子网络;(3)子网络求解:通过建立单一的整数线性规划问题构建子网络路由结构;(4)路由分发:将路由结构分发到网络中,节点调整路由表。

【技术特征摘要】
1.一种能量异构无线传感器网络的数据收集方法,其特征在于:包括如下四个阶段步骤:(1)网络测量:包括(1.1)建立电压与电量的对应关系;(1.2)建立初始路由树收集节点的电压信息以估计电量,同时收集节点的邻居信息以构建网络拓扑结构;(2)网络分解:将网络根据拓扑信息划分为2连通子网络;(3)子网络求解:通过建立单一的整数线性规划问题构建子网络路由结构;(4)路由分发:将路由结构分发到网络中,节点调整路由表。2.根据权利要求1所述的能量异构无线传感器网络的数据收集方法,其特征在于:所述步骤(1.1)建立电压与电量的对应关系的具体步骤如下:(1.1.1)准备两个传感器节点和一台计算机,将其中一个节点装入全新的电池作为发送节点,另一个节点和计算机组装成汇聚节点,同时作为接收节点;(1.1.2)编程让发送节点以最高的采样频率采集电池的电压数据,并将所述电压数据以及时间戳写入到一个报文中进行广播,利用接收节点记录广播的数据信息;当接收节点收不到数据时即认为发送节点的电量已耗尽;(1.1.3)接收节点将报文数量转换为剩余电量数据;(1.1.4)将电池的电压数据与(1.1.3)取得的电量数据对应。3.根据权利要求1所述的能量异构无线传感器网络的数据收集方法,其特征在于:所述步骤(1.2)收集网络拓扑信息与电池剩余电量,具体步骤如下:(1.2.1)系统中的汇聚节点广播报文,任意节点收到报文后转发,建立一个最短路径路由树;在此过程中每...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱小军马新淑张晶
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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