本发明专利技术提供一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法、系统及装置，包括以下步骤：S1、在三维不规则空间中随机部署若干感知设备以及边缘数据中心，由若干感知设备组成三维不规则的边缘感知网络；S2、计算每个感知设备到边缘数据中心的测地线距离；S3、与邻居感知设备的测地线距离进行对比，得到候选转发设备集合；S4、计算感知设备到候选转发设备集合中每个感知设备的连接权值，S5、选择传输连接权值大的感知设备进行数据传输，然后返回步骤S3，持续至数据传输到边缘数据中心。解决了三维大规模不规则边缘网络中基于欧氏距离进行逐跳感知设备选取带来的传输空洞问题；以及三维大规模不规则边缘网络中感知数据的高能效获取问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
三维不规则边缘网络感知数据获取方法、系统及装置
[0001]本专利技术属于物联网数据采集领域，具体涉及一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法、系统及装置。
技术介绍
[0002]物联网中进行数据获取的边端感知设备种类繁多，其在通信、存储、计算及获取数据类型上都存在异构性，而受到研究人员广泛关注的仍然是完全连接网络中能够直接与目标设备通信的智能感知设备，如手机设备、移动车辆等，智能手机、移动车辆、无人机等移动感知设备具有较强的通信、计算和存储能力。然而，大量的位于边缘网络的基于传感器的感知设备，却不能直接与目标设备或Internet通信，通常这类感知设备硬件简单，通信范围只有几十米，其数据不能直接传输到边缘服务器，甚至在自组织网络的情况下仍然不能与边缘服务器直接通信。该类感知设备通常采用电池供电，电池能量有限，且在大多数情况下电池不可以替换。此外，为了满足各类物联网应用中各类感知数据的获取，大量的基于传感器的感知设备被部署到诸如河流、管道、道路、巷道等不规则监测对象周围，形成不规则的三维边缘感知网络拓扑。然而，当前的许多感知数据传输机制的研究，建立在理想的平面网络或线性网络拓扑基础上，边缘网络被假设为二维圆形、矩形或线性等规则网络拓扑结构。在理想网络拓扑结构下，基于地理位置的数据收集策略通过感知设备间及感知设备与数据汇聚中心的欧氏距离可以确保感知数据的传输方向。但是对于实际应用中部署到河流、管道、道路、巷道等周围的感知设备形成的三维不规则条形网络拓扑结构，基于欧氏距离的感知数据的逐跳转发无法保证感知数据到数据汇聚中心的正确传输方向，进而引起路径空洞。
[0003]因而，针对大量通信能力和电池容量有限的感知设备构成的不规则边缘网络，进行低能耗高效数据获取是本专利技术要解决的重要问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法、系统及装置，以解决现有技术存在的上述至少一个问题。
[0005]基于上述目的，本申请中一个或多个实施例提供了一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其包括以下步骤：S1、在三维不规则空间中随机部署若干感知设备以及边缘数据中心，由若干感知设备组成三维不规则的边缘感知网络；S2、各感知设备获取其通信半径范围内的邻居感知设备，并计算每个感知设备到边缘数据中心的测地线距离；S3、基于感知设备到边缘数据中心的测地线距离，与其邻居感知设备到边缘数据中心的测地线距离进行对比后确定感知设备，将这些感知设备组成候选转发设备集合；S4、计算感知设备到候选转发设备集合中每个感知设备的连接权值，选择具有最大连接权值的感知设备作为下一跳转发设备，建立感知设备到边缘数据中心的逐跳传输路
径；S5、计算下一跳转发设备的剩余能量，并与该下一跳转发设备的测地线距离结合确定对应感知设备的传输连接权值，然后对比各感知设备的传输连接权值后确定具体的感知设备用于进行数据传输，然后返回步骤S3，持续至数据传输到边缘数据中心。
[0006]基于本专利技术的上述技术方案，还可以作出如下改进：可选的，每一个感知设备具有GPS定位功能，其地理位置表示为，且所有感知设备具有相同的初始能量和传输半径r，每个感知设备通过广播探测数据包，获取其传输半径范围内的邻居感知设备,及其地理位置。
[0007]可选的，所述步骤S2中测地线距离步骤包括：定义感知设备的通信半径范围r，通过广播探测包，确定其邻接感知设备集,，邻接感知设备间的距离用设备间的欧氏距离表示，，非邻接感知设备之间的关系表示为无穷大，进而建立其邻接矩阵R；利用Dijkstra算法计算每个感知设备到边缘数据中心的最短路径，路径长度作为感知设备与边缘数据中心的测地线距离。
[0008]可选的，感知设备根据其到边缘数据中心的测地线距离，与其邻居设备集合合中的每个邻居感知设备的测地线距离进行比较，选取测地线距离小于的感知设备组合成候选转发设备集合。
[0009]可选的，所述步骤S3包括：选取到边缘数据中心测地线距离比该感知设备测地线距离小，且位于该感知设备通信半径范围内的感知设备节点，作为数据转发的候选转发设备集合；并建立感知设备到边缘数据中心的传输连接矩阵，以及位于该感知设备通信半径范围内且测地线距离小的节点为该感知设备的传输连接节点，传输连接节点在传输连接矩阵中对应的元素为1，非传输连接节点在传输连接矩阵中对应的元素为0。
[0010]可选的，定义感知设备为感知设备的候选转发设备，感知设备的剩余能量为，若感知设备与感知设备之间存在传输连接关系，则感知设备与感知设备传输连接权值表示为：其中，α与β为常系数，0<α、β<1，且α+ β=1；对于传输连接矩阵中连接关系为1的感知设备节点之间，其传输连接权值为；而传输连接矩阵中连接关系为0的感知设备节点之间，其传输连接权值。
[0011]可选的，根据传输连接权值，利用贪婪思想找出该感知设备的候选转发设备集合中具有最大传输连接权值的设备，并将其作为下一跳转发设备，形成感知设
备到边缘数据中心的逐跳传输路径，以此进行数据转发。
[0012]可选的，被选为下一跳转发设备的感知设备在数据转发过程中消耗的能量通过以下方式计算：
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（1）其中，l为收发数据包的比特数，d为收发节点之间的欧氏距离，，，，为感知设备发送l 比特数据时消耗的能量，为接收l比特数据包大小消耗的能量，为传输距离阈值，一般为75米。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供了一种三维不规则边缘网络感知数据获取系统，其采用了以上任意一项所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供了一种三维不规则边缘网络感知数据获取装置，包括存储单元和处理单元，所述存储单元用于存储计算机程序，所述处理单元用于通过所述存储单元存储的计算机程序执行以上任意一项所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法。
[0015]本专利技术的有益效果是，本专利技术提供了一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法、系统及装置，解决了三维大规模不规则边缘网络中基于欧氏距离进行逐跳感知设备选取带来的传输空洞问题；以及三维大规模不规则边缘网络中感知数据的高能效获取问题。
[0016]能够有效确保数据传输的正确方向，避免数据传输的空洞。测地线距离作为转发感知设备选取的依据，只有到汇聚数据中心的测地线距离小的邻接感知设备才能成为候选转发设备节点，从而保证了数据朝着感知数据中心的方向传输。
[0017]提高节点能效利用率，延长感知设备数据获取的工作时间。在下一跳转发感知设备选取中，不仅考虑到汇聚数据中心的测地线距离，还考虑节点的剩余能量及该感知设备到转发设备间的欧氏距离，根据贪婪策略，进行转发感知设备的优化选取，以减少剩余能量小的节点的能量过多消耗，进而提高感知设备的工作时长。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例的一种三维不规则边缘网络感知数据获取方法的原理框图。
[0019]图2为本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其特征是，包括以下步骤：S1、在三维不规则空间中随机部署若干感知设备以及边缘数据中心，由若干感知设备组成三维不规则的边缘感知网络；S2、各感知设备获取其通信半径范围内的邻居感知设备，并计算每个感知设备到边缘数据中心的测地线距离；S3、基于感知设备到边缘数据中心的测地线距离，与其邻居感知设备到边缘数据中心的测地线距离进行对比后确定感知设备，将这些感知设备组成候选转发设备集合；S4、计算感知设备到候选转发设备集合中每个感知设备的连接权值，选择具有最大连接权值的感知设备作为下一跳转发设备，建立感知设备到边缘数据中心的逐跳传输路径；S5、计算下一跳转发设备的剩余能量，并与该下一跳转发设备的测地线距离结合确定对应感知设备的传输连接权值，然后对比各感知设备的传输连接权值后确定具体的感知设备用于进行数据传输，然后返回步骤S3，持续至数据传输到边缘数据中心。2.如权利要求1所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其特征是，每一个感知设备具有GPS定位功能，其地理位置表示为，且所有感知设备具有相同的初始能量和传输半径r，每个感知设备通过广播探测数据包，获取其传输半径范围内的邻居感知设备,及其地理位置。3.如权利要求2所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其特征是，所述步骤S2中测地线距离步骤包括：定义感知设备的通信半径范围r，通过广播探测包，确定其邻接感知设备集,，邻接感知设备间的距离用设备间的欧氏距离表示，，非邻接感知设备之间的关系表示为无穷大，进而建立其邻接矩阵R；利用Dijkstra算法计算每个感知设备到边缘数据中心的最短路径，路径长度作为感知设备与边缘数据中心的测地线距离。4.如权利要求3所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其特征是，感知设备根据其到边缘数据中心的测地线距离，与其邻居设备集合，与其邻居设备集合，与其邻居设备集合中的每个邻居感知设备的测地线距离进行比较，选取测地线距离小于的感知设备组合成候选转发设备集合。5.如权利要求4所述的三维不规则边缘网络感知数据获取方法，其特征是，所述步骤S3包括：选取到边缘数据中心测地线距离比该感知设备测地线距离小，且位于该感知设备通信半...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金焕，何健，董健，刘安丰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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