[发明专利]基于节点分级策略的无线传感器网络编码数据采集方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种基于节点分级策略的无线传感器网络编码数据采集方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量的传感器节点通过无线通信方式组成的多跳自组织网络，这些传感器节点具有信息采集、数据处理和无线通信等功能，同时具有能量受限，计算和通信能力受限的特点。无线传感器网络能够在人们无法接近的恶劣或特殊环境中工作，如气候监控、外层空间以及战场环境和信息采集系统建设等，也可以在水灾、火灾或地震灾难性环境的灾害监测中发挥重要作用，这类场景是无线传感器网络一类常见的应用模式。然而在这类场景下，网络中的感知数据往往变得非常脆弱，其可用性在外界环境的影响下可能严重下降。如何提高无线传感器网络的容错能力和数据持久性成为了无线传感器网络研究领域的热点问题。

传统的多跳无线传感器网络数据采集协议主要基于可靠路由传输策略而设计，但这类方法通常需要对网络进行预配置，例如部分传感器节点可能需要预知一定的网络全局信息。然而，在灾难等极端场景下，此类基于路由的策略往往显得低效而不适用，更可行的方法是用随机路由的方式来进行数据收集。近年来，此领域中基于网络编码的数据采集策略受到了较多的关注。

现有的无线传感器网络数据采集策略仍存在着一些不足以及未解决的问题，主要的一点是不利于网络外围区域的感知数据信息传输至汇聚节点，即对外围数据的采集效率很低，从而影响了系统整体的数据采集效率。

发明目的

本发明的目的在于针对无线传感器网络中数据采集效率的问题，在前人研究的策略基础上，提出一种有效的技术方法，来提高无线传感器网络中的持久性数据采集效率以及提高网络容错能力。

为了达到以上目的，本发明的基本思路是采用了节点分级策略，使节点根据自身和邻居节点的级数值进行数据的传输，使距汇聚节点较远的节点数据尽可能快的向汇聚节点方向传输。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

步骤1.部署无线传感器网络:

将大量传感器节点撒播在欲监测区域，各传感器节点通过无线通信方式组成多跳自组织的无线传感器网络。选取区域边缘的一个传感器节点作为用于处理和分析数据的汇聚节点的代理节点。

步骤2.初始化传感器节点级数值:

将各传感器节点的级数值设置为0，代理节点的级数值设置为1。

步骤3.更新传感器节点级数值:

由代理节点开始，向其邻居节点广播一个大小为1bit的信息，接收到信息的传感器节点判断其级数值，若仍为0则将其级数值更新为信息源传感器节点的级数值加1，否则不作任何操作；然后级数值更新的传感器节点再向其邻居节点进行一次相同方式的广播，直到所有传感器节点的级数值非0。

步聚4.传感器节点采集数据并传输:

传感器节点开始对其周围的信息进行采集，然后各传感器节点将采用增长码的编码方法进行数据编码和传输，但在选取数据交换对象时将根据各传感器节点的邻居节点的级数值以不同的概率进行选取，而非完全随机的选取方式。

步骤5.数据收集与恢复:

代理节点将自身收集到数据传递给汇聚节点，汇聚节点对数据进行解码恢复。

本发明有益效果：

1、本发明采用单次低能耗广播来确定传感器节点的级数值。每个传感器节点在收到上一级传感器节点广播信息后就可以进行一次广播，每个传感器节点在整个过程中只需广播一次并且所用的功率只需覆盖其通信范围即可。

2、本发明采用基于节点分级策略的数据交换方法避免了传统无线传感器网络编码数据采集方法中完全随机的数据交换方式存在的弊端。

3、本发明采用的节点分级技术，网络中每个传感器节点无需周期性的更新和维护各自的级数值。一旦在网络工作前分级操作结束后，每个传感器节点的级数值就已经确定了。网络中的传感器节点根据其和邻居的级数值进行数据交换传输，这不但汲取了基于可靠路由传输技术的快速性与方向性，而且避免了此技术所造成的高代价，同时兼顾了无线传感器网络中对能量和延迟的限制。

4、本发明技术无论在密集型无线传感器网络中还是稀疏型网络中都有效的提高了数据采集效率。特别地，在灾难、极端场景下部署的无线传感器网络中，在数据采集效率和容错能力方面都相对于传统的数据采集方法有了明显的提升。

附图说明

图1为本发明采用的无线传感器网络模型示意图；

图2为节点分级策略的主要过程示意图；

图3为传感器节点集中失效场景示意图。

具体实施方式