基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感器网络及收集方法技术

本发明专利技术提供一种基于无线传感器网络数据收集方法，包括如下步骤：启动阶段：获取所述网络节点信息，创建源节点分布表，维持所述无线传感器网络的时间同步，所述节点包括主汇聚节点、从汇聚节点和源节点，对所述节点分簇，其中每一簇包括一主汇聚节点或一从汇聚节点，每一簇分配一个独立信道用于数据收集，每一个节点分配一个相位ID；数据收集阶段：所述主汇聚节点在同步控制时段发起相长干涉的网络洪泛，广播同步控制，所述从汇聚节点和源节点参与洪泛，在同步控制消息接收完成后，所述源节点根据接收到的同步控制消息调整数据收集阶段的信道、data

【技术实现步骤摘要】
基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感器网络及收集方法


[0001]本专利技术涉及一种无线传感器网络，尤其涉及一种基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感器网络及采用基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感网络分簇收集数据的方法。

技术介绍

[0002]复杂信息网络中存在大量用户和大量设备，这些用户和设备产生了海量数据，为了确保数据的高效使用，需要部署多个汇聚节点来收集所述海量数据。
[0003]无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量微型低能耗、计算和处理能力有限的无线传感器节点以多跳、自组织方式相互连接形成的以数据为中心的无线传感网络，是一种全新的海量数据获取和处理技术。其中，WSN具有节点能量有限、不可更换电源、节点的计算、存储、通信能力非常有限的特点，因此如何设计能量高效的路由协议和算法，以适应无线传感器网络的特点，最大限度延长网络生存时间和提高数据传输效率成为传感器网络研究的核心。
[0004]在一种现有技术中，提供基于CSMA(Carrier Sense Multiple Access)通信机制的数据采集方法，该种数据采集方式不能提供高吞吐量，又不能提供可靠的数据收集。
[0005]在另一种现有技术中，提供基于TDMA通信机制的数据采集方式，相较于基于CSMA通信机制的数据采集方式，其具有高吞吐量，可以高效收集数据。
[0006]但是，随着节点分布的密集程度的升高，鉴于过多的节点参与到同一个消息的洪泛，因此导致基于相长性干涉的洪泛在节点密集分布的应用场合存在通信成功率及通信效率下降的问题，如：数据中心监测、隧道监测等应用场景中，普遍存在数据采集效率低、稳定性差的问题。
[0007]在数据中心监测、隧道监测等应用场景中，节点数量众多、分布密集，易发生网络拥塞、网络延迟，降低收集可靠性等问题。因此，针对密集分布的无线传感器网络，如何进行高效的数据收集一直是业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术无线传感器网络节点分布密集场景的数据采集吞吐量低、功耗高、扩展性差的问题，本专利技术提供一种基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感器网络，以高效收集密集分布的无线传感器网络中海量数据。
[0009]同时，本专利技术还提供一种基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法。
[0010]一种基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，包括如下步骤：
[0011]启动阶段：获取所述网络节点信息，创建源节点动态分布表，维持所述无线传感器网络的时间同步，其中：所述节点包括主汇聚节点、从汇聚节点和源节点，对所述节点分簇，
其中每一簇包括一主汇聚节点或一从汇聚节点，每一簇分配一个独立信道用于数据收集，每一个节点分配一个相位ID；所述启动阶段包括同步控制时段和网络同步状态确认时段；
[0012]数据收集阶段：所述主汇聚节点在同步控制时段发起相长干涉的网络洪泛，广播同步控制，所述从汇聚节点和源节点参与洪泛，在同步控制消息接收完成后，所述源节点根据接收到的同步控制消息调整数据收集阶段的信道、data
‑
phase，所述从汇聚节点和源节点判断网络中是否存在newlost节点。
[0013]进一步的，所述启动阶段还包括所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步。
[0014]进一步的，在所述同步控制时段中，所有的节点工作在公共信道0，由主汇聚节点发起洪泛，所述网络同步状态确认时段由多个统计时段组成，所有的节点工作在公共信道1。
[0015]进一步的，所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步，若所述节点判断自己完成同步，则进入网络同步状态确认阶段，并在分配的统计时段告知主汇聚节点自己到汇聚的跳数，反之，继续执行所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步，直至所有的节点完成时间同步，则完成启动过程。
[0016]进一步的，当分簇数据收集时，所述源节点判断网络中是否存在newlost节点，若存在newlost节点，则进一步判断自己是不是newlost节点，如果是newlost节点的，则作为相长干涉的发起者进入lost
‑
phase，如果非newlost节点，则作为接收者进入lost
‑
phase。
[0017]进一步的，当分簇数据收集时，所述汇聚节点判断是否存在newlost节点，若存在newlost节点，则作为接收者进入lost
‑
phase，若不存在lost节点，则进入data
‑
phase。
[0018]进一步的，在lost
‑
phase中，所述newlost节点创建洪泛消息，并作为相长干涉的发起者进行广播，所述非newlost节点则作为相长干涉的接收者接收并转发此消息。
[0019]进一步的，在data
‑
phase中，所述源节点转入所在的被分配的信道，并根据分配的相位ID，在相应的data
‑
phase中发起洪泛，各簇的汇聚节点进行接收，接收完成读取源数据包内容。
[0020]进一步的，所有节点判断data
‑
phase是否结束，若是，汇聚节点转入slave
‑
phase，所述源节点等待进入sync.
‑
phase，反之则继续执行按照设定的相位ID发起洪泛。
[0021]进一步的，所述无线传感器数据网络分簇包括如下步骤：
[0022]步骤S21，提供多个无线传感器；
[0023]步骤S22，设定每一传感器相当于一节点，所述多个节点组成所述无线传感器网络，其中所述节点包括多个汇聚节点和多个源节点，所述汇聚节点包括主汇聚节点和从汇聚节点；
[0024]步骤S23，对所述多个节点分簇，获得多个簇，每一簇包括一汇聚节点和多个源节点，其中于每一簇中，所述汇聚节点设置相同数量的相位ID，且相同跳数的源节点数量相等；
[0025]步骤S24，每一簇内的主汇聚节点收集本簇内的源节点数据，本簇内的所述从汇聚节点对本簇内源节点数据进行收集，并上传数据至所述主汇聚节点；
[0026]步骤S25，所述主汇聚节点根据所述从汇聚节点上传的源节点数据以及所述主汇
聚节点收集的本簇内的源节点数据以生成同步控制信息维持所述无线传感器网络的时间同步及调整本簇内节点的负载均衡、连接度均衡。
[0027]进一步的，所述负载均衡调整的步骤如下：
[0028]步骤S251，所述主汇聚节点在启动阶段统计源节点分布表(NodeID Distribution Table，NDT)，该表统计的信息包括源节点所在的信道Channel、节点ID、节点到本簇汇聚节点的跳数HopToSink、节点的相位ID、节点的状态，即该节点是否为lost节点。当网络中的节点所在的簇、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：启动阶段：获取所述网络节点信息，创建源节点动态分布表，维持所述无线传感器网络的时间同步，其中：所述节点包括主汇聚节点、从汇聚节点和源节点，对所述节点分簇，其中每一簇包括一主汇聚节点或一从汇聚节点，每一簇分配一个独立信道用于数据收集，每一个节点分配一个相位ID；所述启动阶段包括同步控制时段和网络同步状态确认时段；数据收集阶段：所述主汇聚节点在同步控制时段发起相长干涉的网络洪泛，广播同步控制，所述从汇聚节点和源节点参与洪泛，在同步控制消息接收完成后，所述源节点根据接收到的同步控制消息调整数据收集阶段的信道、data
‑
phase，所述从汇聚节点和源节点判断网络中是否存在newlost节点。2.如权利要求1所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，所述启动阶段还包括所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步。3.如权利要求2所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，在所述同步控制时段中，所有的节点工作在公共信道0，由主汇聚节点发起洪泛，所述网络同步状态确认时段由多个统计时段组成，所有的节点工作在公共信道1。4.如权利要求3所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步，若所述节点判断自己完成同步，则进入网络同步状态确认阶段，并在分配的统计时段告知主汇聚节点自己到汇聚的跳数，反之，继续执行所述主汇聚节点发起相长干涉网络洪泛，对网络中的所有节点进行时间同步，直至所有的节点完成时间同步，则完成启动过程。5.如权利要求1所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，当分簇数据收集时，所述源节点判断网络中是否存在newlost节点，若存在newlost节点，则进一步判断自己是不是newlost节点，如果是newlost节点的，则作为相长干涉的发起者进入lost
‑
phase，如果非newlost节点，则作为接收者进入lost
‑
phase。6.如权利要求1所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，当分簇数据收集时，所述汇聚节点判断是否存在newlost节点，若存在newlost节点，则作为接收者进入lost
‑
phase，若不存在lost节点，则进入data
‑
phase。7.如权利要求6所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，在lost
‑
phase中，所述newlost节点创建洪泛消息，并作为相长干涉的发起者进行广播，所述非newlost节点则作为相长干涉的接收者接收并转发此消息。8.如权利要求6所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，在data
‑
phase中，所述源节点转入所在的被分配的信道，并根据分配的相位ID，在相应的data
‑
phase中发起洪泛，各簇的汇聚节点进行接收，接收完成读取源数据包内容。9.如权利要求6所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，所有节点判断data
‑
phase是否结束，若是，汇聚节点转入slave
‑
phase，所述源节点等待进入sync.
‑
phase，反之则继续执行按照设定的相位ID发起洪泛。10.如权利要求1所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方
法，其特征在于，所述无线传感器数据网络分簇包括如下步骤：步骤S21，提供多个无线传感器；步骤S22，设定每一传感器相当于一节点，所述多个节点组成所述无线传感器网络，其中所述节点包括多个汇聚节点和多个源节点，所述汇聚节点包括主汇聚节点和从汇聚节点；步骤S23，对所述多个节点分簇，获得多个簇，每一簇包括一汇聚节点和多个源节点，其中于每一簇中，所述汇聚节点设置相同数量的相位ID，且相同跳数的源节点数量相等；步骤S24，每一簇内的主汇聚节点收集本簇内的源节点数据，本簇内的所述从汇聚节点对本簇内源节点数据进行收集，并上传数据至所述主汇聚节点；步骤S25，所述主汇聚节点根据所述从汇聚节点上传的源节点数据以及所述主汇聚节点收集的本簇内的源节点数据以生成同步控制信息维持所述无线传感器网络的时间同步及调整本簇内节点的负载均衡、连接度均衡。11.如权利要求10所述的基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，所述负载均衡调整的步骤如下：步骤S251，所述主汇聚节点在启动阶段统计源节点分布表(NodeID Dist...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进志，张阳，李鹏志，
申请(专利权)人：名匠智汇建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：