一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法技术

本发明专利技术公开了一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法，包括：传感器节点获取到车辆的跳数；根据到车辆的传输距离和剩余能量，评估备选簇头到车辆的传输开销，选择最小开销的备选簇头作为簇头节点；根据到经由各候选父节点到达车辆的传输距离和路径中最小的节点能量，评估源节点经由各候选父节点到达车辆的传输开销，选择最小开销的候选父节点作为其父节点；对于跳数为1、且非簇头的源节点，均将簇头节点作为父节点；各传感器节点将自身缓存的数据和接收到的数据发送给父节点，最终经由簇头发送到车辆。本发明专利技术考虑传输距离和剩余能量因素选择簇头和父节点，可以避免因其过早死亡而出现能量空洞现象，有效完成数据采集。

A data acquisition method based on mobile vehicles in smart city edge network

The invention discloses a mobile vehicle based data acquisition method in the intelligent city edge network, which includes: sensor node obtains the number of hops of the vehicle; according to the transmission distance and residual energy to the vehicle, evaluates the transmission cost from the alternative cluster head to the vehicle, selects the alternative cluster head with the minimum cost as the cluster head node; according to the transmission distance to the vehicle via each candidate parent node The minimum node energy in the sum path is used to evaluate the transmission cost of the source node arriving at the vehicle through each candidate parent node, and the candidate parent node with the minimum cost is selected as its parent node; for the source node with hop number 1 and non cluster head, the cluster head node is used as the parent node; each sensor node sends its own cached data and received data to the parent node, and finally through the cluster head Send to vehicle. The cluster head and the parent node are selected by considering the transmission distance and the remaining energy factors, which can avoid the energy hole phenomenon due to its premature death and effectively complete the data acquisition.

【技术实现步骤摘要】
一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法
本专利技术涉及数据采集领域，特别涉及一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法。
技术介绍
智慧城市是未来城市发展的趋势，传感器可以嵌入到城市的基础设施中感知其状态，在建设智慧城市的过程中有着广泛的应用。物联网利用传感设备将不同类型的基础设施连接到互联网，使得智慧城市的梦想逐渐成为现实。通过广泛的网络互连，传感设备可以快速采集大量数据，而处理后的数据可以为市政部门提供科学的决策支持，有助于促进城市的智能化管理和发展。智慧城市美好前景的实现，除了要求传感设备能够快速、灵活的部署在城市中，而且要求更好地解决智慧城市中的数据采集问题。因此，智慧城市中的数据采集问题成为了目前研究的热点问题。在传统的无线传感器网络(Wirelesssensornetwork,WSN)的数据采集方法中，通常研究的是在一个由众多的传感器节点与一个sink组成的连通网络。每个传感器节点感知的数据都可以经过多跳路由的方式路由到sink，而sink与Internet相连接,从而实现数据的采集。而智慧城市中的感知网络与传统的WSN有着根本的不同。在智慧城市的感知网络中，大量的传感器节点是随着应用的需要而部署的，而很多应用中没有基础的通信设施可以连接到Internet，因此这样的网络可以抽象为分布在智慧城市中的大量传感器形成了许多分散的、不相连接的多个隔离的WSN。对这些分隔的WSN，虽然其内部可以组织成一个连通的网络,但是，这个连通的网络可能都只是普通传感器节点，而由于应用场景的限制而不具有连接到Internet的sink。例如，在智慧城市中，随着道路施工现场推进而部署的感知网络，还不具有连接到Internet的基础条件。另一方面,部署专有的连接到Internet的网络还需要耗费大量的施工成本。对于智慧城市中众多临时性部署的感知网络，专门部署连接到Internet的网络既不及时，也不经济。目前存在一些数据采集方法提出通过城市中的车辆来进行数据采集，城市中有大量的车辆，车辆在行驶时可以覆盖智慧城市的所有道路，车辆的芯片中集成了收发器，可以与附近的传感器和数据中心交换数据。在这种情况下，道路附近的传感器节点就可以充当sink的功能。但是，在已有的基于车辆的数据采集方法中，仅仅涉及到道路边的单个传感器节点的数据采集，而没有涉及到远离道路的无法与车辆通信的传感器节点，目前没有方法可以对智慧城市中部署的大量的、分隔的WSN中所有的传感器节点进行数据采集。因此，需要针对智慧城市中的边缘网络，提供一种低成本的、有效的数据采集方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种低成本的、可以对智慧城市中部署的大量的、分隔的WSN中所有的传感器节点的数据进行有效采集的方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法，为智慧城市边缘网络中每个被分隔的无线传感器网络配置1个车辆，车辆在相应的无线传感器网络中循环行驶并采集其中各传感器节点的数据，其中车辆每个循环采集数据的过程包括以下步骤：步骤1，车辆广播消息，无线传感器网络中各传感器节点获取自身到车辆的跳数，记为传感器节点的跳数；步骤2，更新无线传感器网络的簇头；选择跳数为h＝1的传感器节点作为无线传感器网络的备选簇头；针对每个备选簇头，均根据其自身到车辆的数据传输距离和其自身的剩余能量，评估其到车辆的数据传输开销；将数据传输开销最小的备选簇头作为簇头节点；步骤3，确定各传感器节点的父节点；对于跳数h≥2的源节点，选择跳数为h-1的传感器节点均作为源节点的1个候选父节点；针对每个跳数h≥2的源节点，均根据源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输距离和源节点分别经由各候选父节点到达车辆的路径中最小的节点能量，评估源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输开销，并将其中数据传输开销最小值所对应的候选父节点作为源节点的父节点；对于跳数h＝1、且非簇头节点的源节点，均将簇头节点作为其父节点；步骤4，各传感器节点发送数据；各传感器节点将自身缓存的数据和从其子节点接收到的数据发送给父节点，最终经由簇头节点发送到车辆。进一步地，所述针对每个备选簇头，均根据其自身到车辆的数据传输距离和其自身的剩余能量，评估其到车辆的数据传输开销，具体评估方法为：costh(i)＝αwDh(i)+(1-α)wEh(i)；式中，costh(i)表示备选簇头hi到车辆的数据传输开销，wDh(i)表示备选簇头hi的传输距离因素，wEh(i)表示备选簇头hi的剩余能量因素，α为簇头选择权重因子，且有0≤α≤1；D(hi,MF)表示备选簇头hi到车辆MF的距离，max(D(hi,MF))表示所有备选节点到车辆的距离中的最大值；E(hi)表示备选簇头hi的剩余能量，max(E(hi))表示所有备选簇头hi剩余能量中的最大值。进一步地，所述针对每个跳数h≥2的源节点，均根据源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输距离和源节点分别经由各候选父节点到达车辆的路径中最小的节点能量，评估源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输开销，具体评估方法为：costn(j,k)＝βwDn(j,k)+(1-β)wEn(j,k)；式中，nj表示源节点，nk表示源节点nj的候选父节点，costn(j,k)表示源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的数据传输开销，wDn(j,k)表示源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的的传输距离因素，wEn(i,k)表示源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的的剩余能量因素，β表示父节点选择权重因子，且有0≤β≤1；D(nj,nk,MF)表示源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的距离，max(D(nj,nk,MF))为源节点nj分别经由各候选父节点nk计算到D(nj,nk,MF)中的最大值；Emin(nj,nk,MF)为源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的路径中最小的节点能量，max(Emin(nj,nk,MF))为源节点nj经由各候选父节点nk计算得到Emin(nj,nk,MF)中的最大值。进一步地，源节点nj经由候选父节点nk到达车辆MF的距离D(nj,nk,MF)的计算方法：D(nj,nk,MF)＝D(nj,nk)+D(nk,MF)；式中，D(nj,nk)表示源节点nj与其候选父节点nk之间的距离，根据该两个节点的GPS信息计算得到；D(nk,MF)表示候选父节点nk与车辆MF之间的距离，根据候选父节点nk与车辆MF的GPS信息计算得到。进一步地，所述通过车辆广播消息获取无线传感器网络中各节点到车辆的跳数，具体方法为：步骤1.1，车辆在行进过程中发出广播消息，所述广播消息为包括跳数、且初始跳数为0的数据包；步骤1.2，传感器节点在收到广播消息后，将数据包中的跳数加1，并将得到跳数作为自身到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法，其特征在于，为智慧城市边缘网络中每个被分隔的无线传感器网络配置1个车辆，车辆在相应的无线传感器网络中循环行驶并采集其中各传感器节点的数据，其中车辆每个循环采集数据的过程包括以下步骤：/n步骤1，车辆广播消息，无线传感器网络中各传感器节点获取自身到车辆的跳数，记为传感器节点的跳数；/n步骤2，更新无线传感器网络的簇头；/n选择跳数为h＝1的传感器节点作为无线传感器网络的备选簇头；针对每个备选簇头，均根据其自身到车辆的数据传输距离和其自身的剩余能量，评估其到车辆的数据传输开销；将数据传输开销最小的备选簇头作为簇头节点；/n步骤3，确定各传感器节点的父节点；/n对于跳数h≥2的源节点，选择跳数为h-1的传感器节点均作为源节点的1个候选父节点；针对每个跳数h≥2的源节点，均根据源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输距离和源节点分别经由各候选父节点到达车辆的路径中最小的节点能量，评估源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输开销，并将其中数据传输开销最小值所对应的候选父节点作为源节点的父节点；/n对于跳数h＝1、且非簇头节点的源节点，均将簇头节点作为其父节点；/n步骤4，各传感器节点发送数据；/n各传感器节点将自身缓存的数据和从其子节点接收到的数据发送给父节点，最终经由簇头节点发送到车辆。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智慧城市边缘网络中基于移动车辆的数据采集方法，其特征在于，为智慧城市边缘网络中每个被分隔的无线传感器网络配置1个车辆，车辆在相应的无线传感器网络中循环行驶并采集其中各传感器节点的数据，其中车辆每个循环采集数据的过程包括以下步骤：
步骤1，车辆广播消息，无线传感器网络中各传感器节点获取自身到车辆的跳数，记为传感器节点的跳数；
步骤2，更新无线传感器网络的簇头；
选择跳数为h＝1的传感器节点作为无线传感器网络的备选簇头；针对每个备选簇头，均根据其自身到车辆的数据传输距离和其自身的剩余能量，评估其到车辆的数据传输开销；将数据传输开销最小的备选簇头作为簇头节点；
步骤3，确定各传感器节点的父节点；
对于跳数h≥2的源节点，选择跳数为h-1的传感器节点均作为源节点的1个候选父节点；针对每个跳数h≥2的源节点，均根据源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输距离和源节点分别经由各候选父节点到达车辆的路径中最小的节点能量，评估源节点分别经由各候选父节点到达车辆的数据传输开销，并将其中数据传输开销最小值所对应的候选父节点作为源节点的父节点；
对于跳数h＝1、且非簇头节点的源节点，均将簇头节点作为其父节点；
步骤4，各传感器节点发送数据；
各传感器节点将自身缓存的数据和从其子节点接收到的数据发送给父节点，最终经由簇头节点发送到车辆。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个备选簇头，均根据其自身到车辆的数据传输距离和其自身的剩余能量，评估其到车辆的数据传输开销，具体评估方法为：






costh(i)＝αwDh(i)+(1-α)wEh(i)；
式中，costh(i)表示备选簇头hi到车辆的数据传输开销，wDh(i)表示备选簇头hi的传输距离因素，wEh(i)表示备选簇头hi的剩余能量因素，α为簇头选择权重因子，且有0≤α≤1；D(hi,MF)表示备选簇头hi到车辆MF的距离，max(D(hi,MF))表示所有备选节点到车辆的距离中的最大值；E(hi)表示备选簇头hi的剩余能量，max(E(hi))表示所有备选簇头hi剩余能量中的最大值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个跳数h≥2的源节点，均根据源节点分别经由各候选父节...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小玉，罗跃逸，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43