[发明专利]一种基于不等分簇传感器网络的数据融合收集方法

说明书

本发明公开了一种基于不等分簇的无线传感器网络数据融合收集策略，其特征在于依据无线传感器网络中进行快速全网络数据聚合的需求，对以往策略进行改进优化。本发明方法提供一种远基站区域簇半径大、近基站区域簇半径小的分簇网络；并提出相应的不等分簇网络数据融合收集调度算法，通过两个阶段(簇内数据聚合收集和簇间数据收集)来完成数据的融合收集。本发明提出的不等分簇结构能够缩短数据聚合收集所需要时间，提高数据聚合的速度；同时，由于每一个簇头节点在完成簇内数据聚合后，立即开始其数据传输，故簇头节点的状态转换只需要1次，而以往的策略需要2次(一次从睡眠状态转到工作状态进行簇内数据收集，而后转入睡眠状态，等到簇头数据发送时再次醒来，进行簇头数据发送)。因而本发明的方法能够减少一次状态转换，从而减少能量消耗，提高网络寿命。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络数据收集速度及节能领域，尤其涉及一种在传感器网络中的基于不等分簇的数据融合收集方法。

背景技术

TDMA调度是一种应用得非常广泛且效率较高的MAC层协议。在以往对于调度算法的研究中，多集中在缩短调度时间或者采用分布式方法实现这两个方面上。

多对一的调度以往研究中已经被解决了。在早期研究中，提出了一个集遗传算法和粒子群算法于一体的进化算法来提高搜索能力；提出了启发式算法，通过调度尽可能多的独立部分来增加并行传输的能力。

Liqi Shi等人提出跨层优化策略，实现无线传感器网络中的高能量使用效率和低延迟。他们率先推导出在每一个链接上最节能的流，基于对每条连接上流的计算，他们提出了一个拥有最小帧长度的包含TDMA调度方法的算法协议。

但是数据的融合传输问题与一般TDMA调度不同，在融合传输过程中每个节点产生且仅产生一个数据包，而节点的数据收集有一个主要特征：在数据收集阶段只接受数据；在发送阶段，一旦发送数据，则此节点不再接收数据；而且不管接收到多少个数据包，经过聚合后都成为一个数据包。一些针对无线网络提出的数据融合协议也同样适用于无线传感器网络，其中大多数研究将这个问题分成二个部分：一是逻辑网结构，二是传输的调度构造树。调度算法的共同目标是使用最少的时间片。

但是在前面的研究中，都是假设网络中节点的发射半径是固定的，但是很多实际网络中，网络参数如节点的发射半径，簇半径都是可调节的，而这些参数对网络的延迟与能量消耗具有重要的影响。基于以上考虑，Habib M等人提出了节点发送半径与延迟，能量消耗关系的优化。

虽然Habib M等人不是采用的TDMA方法，其选择优化网络参数来使网络延迟与能量得到优化的思想同样可以用到TDMA调度中。在本发明所提供的方法中，我们通过优化网络结构从而在整体上使得网络延迟与网络寿命得到优化。我们首先经过理论分析，给出了延迟最小的优化簇半径的选择，然后提出了一种不等簇半径的数据收集优化的网络结构，并通过巧妙的安排节点的调度时隙，使得一个传感器节点只醒来一次，连续完成所有操作，以减少节点的状态转换的能量消耗，提高网络寿命。通通过实验证明，也可以发现，本发明所提供的方法在能量消耗、延迟以及时间调度间隔等方面也均优于当前已有的调度算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器网络中的基于不等分簇的数据融合收集方法，以解决现有分簇网络协议中的网络延迟较大，能量使用效率不高等问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种基于不等分簇传感器网络中的数据融合收集方法，至少包括以下步骤：

首先对现有网络形成一种远离基站区域的簇半径大，而近基站区域的簇半径小的分簇网络，计算出的不等簇半径序列，对网络优化的分簇结构进行计算。算法如下：

步骤1：初始化传感器网络；

设定传感器网络中不等簇半径集合r_o为空集以及传感器网络的数据融合收集时间T_o为无穷大，n_h＝1；