[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

说明书

本发明公开的一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法，包括以下步骤：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。本发明将反向散射通信技术应用于基于隧道环境的无线传感器网络，可以减少能耗，能够最大化网络总效用，提高传感器网络数据收集质量，实现各节点数据收集比例公平。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法。

背景技术

在目前部署的无线传感器网络中，传感器节点感知的数据通过无线通信以多跳或单跳方式汇集到数据汇聚节点。在基于隧道的无线传感器网络中，传感器节点部署在隧道中感知隧道环境数据，进一步地，传感器内置的射频模块产生射频信号以无线方式转发所感知的数据，射频发射会消耗很多电池能量。在一些特定的隧道场景中，如矿井和地下石油管道。而且在无线传感器网络中，节通信距离越大，节点发射信号的所需功率也越大，节点在部署之后，更换电池的成本很昂贵。因此，提高无线传感器网络的能效和网络生存时间是无线传感网络发展的关键问题。

在一些无线通信技术中，反向散射技术可以通过调制并反射入射信号而无需自身产生载波信号实现通信。反向散射通信技术是通过阅读器(Reader)向电子标签(Tag)发射连续正弦波信号，标签将这些射频信号作为载波，通过控制标签天线阻抗是否匹配改变反射系数，从而改变标签天线的反射特性，实现对电磁波反向散射调制。标签可以采集一部分信号的能量，并对另一部分信号进行反向散射调制，阅读器则接收标签反射的信号，并解调出信息。反向散射通信技术本身不需要消耗能量来发射载波信号，其反向散射调制消耗的能量(功耗微瓦级)远远小于传统的射频器件消耗的能量。

发明内容

为了克服无线传感器网络中节点因多跳或单跳无线转发数据所消耗大量电池能量问题，同时考虑传感器节点公平性，提供一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法，该方法采用移动小车收集数据，传感器节点以反向散射通信方式将数据转发给移动小车，此收集方法可以减少能耗，而且能够提高传感器网络数据收集质量，实现各节点数据收集比例公平。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于隧道环境的无线传感器网络数据收集方法，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(Qos)条件下小车通信成功的最远距离,一般来说，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。

所述步骤1包括以下分步骤：