[发明专利]一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法

权利要求书

1.一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：传感器节点布置在隧道环境中，用于采集隧道环境数据，采用移动小车收集数据；运用离散化方法将小车移动周期划分为若干个时隙，并得到每个传感器节点能够与小车通信的连续时隙集合；

步骤2：对每个时隙，计算在该时隙能和小车通信的所有传感器节点的吞吐量；

步骤3：对每个时隙，将时隙分配给效用增益最大的传感器节点，得到网络总效用最大化的时隙分配方案；所述效用为节点吞吐量的函数，效用随节点吞吐量增大而增大，效用增速随节点吞吐量增大而减小；

所述步骤2包含以下分步骤：

步骤2-1：对每个时隙，以二值变量表示节点在该时隙是否发送数据给小车，具体包括：

二值变量a_nij表示节点n_i在第j个时隙是否发送数据，其中a_nij∈{0,1},1≤i≤N,1≤j≤|T|，且满足

当a_nij＝1时，表示节点n_i在第j个时隙发送数据给小车；当a_nij＝0时，表示节点n_i在第j个时隙采集能量；

步骤2-2：计算每个时隙节点与移动小车的吞吐量，具体包括：

移动小车在第j个时隙接收节点n_i反向散射信号的信噪比为：

其中α为反射系数，表示第j个时隙移动小车到节点n_i下行链路的信道增益，d_nij表示在第j个时隙节点n_i与小车的距离，ζ为路径损耗指数，β_nij为瑞利衰落，服从均值为1的指数分布；同一个时隙内信道保持不变，而时隙之间信道不断变化，因此第j个时隙节点n_i到移动小车上行链路的信道增益δ²为接收噪声功率，P为小车发射功率；

每个时隙节点与小车的通信速率保持不变，由于小车不断移动，不同时隙小车与每个节点的距离都在不断变化，这导致不同时隙间每个节点与小车的通信速率不断变化；根据香农公式，第j个时隙节点与移动小车通信速率为：

第j个时隙节点与移动小车的吞吐量为：

2.根据权利要求1所述基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，所述步骤1包括以下分步骤：

步骤1-1：在移动的过程中，移动小车以一定功率发射载波信号，传感器节点通过反向散射将数据转发给小车，即调制反向散射载波信号而无需产生载波信号；每个传感器节点存在最大反向散射半径，所述最大反向散射半径为满足服务质量条件下小车通信成功的最远距离,小车发射功率越大，最大反向散射半径越大；

步骤1-2：计算小车移动周期，将周期划分成若干个时隙，并得到每个传感器节点能够与小车通信的连续时隙集合。