[发明专利]应用于海洋信息网络的分层式数据采集系统及方法

权利要求书

1.一种应用于海洋信息网络的分层式数据采集系统，包括水面基站、用于采集海底数据信息的数据采集层、位于所述数据采集层的上方并用于将所述数据采集层采集到的海底数据信息传输至水面基站的数据传输层，其特征在于，

所述数据采集层包括若干个锚定在海底的传感器节点，若干个传感器节点分簇布置，每一簇包括一个簇首节点和多个普通节点，多个普通节点采集海底数据信息后将其传输至簇首节点进行数据信息汇聚；具体采用以下方式对若干个传感器节点进行分簇布置：

分别计算若干个传感器节点被分为1至n个簇时，对应的每个簇内传感器节点到簇中心的平方距离误差值SSE，其中，每个簇内包含的传感器节点数量为随机分配，平方距离误差值SSE的求解公式如下：

上式中，C_i表示一个簇内所有传感器节点的集合，x表示传感器节点的坐标值，表示簇中心的坐标值，k表示簇的数量，k的取值范围为1～n，当相邻的两个SSE值变化最明显时，对应的簇的值即为需分簇的数量k，求k的过程为：

其中，ΔS表示两个相邻的簇产生的SSE的差值，从而就确定了簇的数量k；

基于上述求出k值，随机选取k个传感器节点作为初始的簇中心，然后分别计算剩余的传感器节点到这k个簇中心的SSE值，基于距离最近原则将剩余的传感器节点分别分配给每个初始的簇中心，不断更新簇中心及对应的SSE值，直至满足收敛条件，簇中心的更新方程为：

收敛条件为：

|SSE₁-SSE₂|＜ε

其中，|C_i|表示簇内传感器节点的个数，ε为最小阈值，SSE₁和SSE₂分别表示当前迭代产生的SSE值和上一次迭代产生的SSE值，通过不断迭代更新即可得到最终的簇中心的坐标值和每个簇包含的传感器节点；

迭代结束后，选择距离簇中心最近的传感器节点作为初始簇首节点，其余传感器则作为普通节点；

所述数据传输层包括水下机器人，所述水下机器人从水面基站出发后遍历每一个簇的簇首节点以收集汇聚的数据信息后驶回水面基站，并将收集到的海底数据信息传输至水面基站；

每完成一个数据采集周期后，在每个簇中重新选择新的传感器节点作为下一个数据采集周期的簇首节点；具体采用以下公式计算簇内其余每个传感器节点作为新的簇首节点的概率，根据计算结果来选择新的簇首节点：

上式中，T(s)表示传感器节点s被选择为新的簇首节点的概率，G表示该簇本轮次所有普通节点的集合，w₁和w₂表示权重的常系数，d_s表示传感器节点s到其对应簇中心的距离的倒数，E_j是传感器节点s的剩余能量和初始能量的比值，λ为任一常数。