專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系 統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用來監(jiān)視一定的地理區(qū)域，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與外界進(jìn)行信 息溝通。它的應(yīng)用非常廣泛，可以用于環(huán)境檢測(cè)、軍事探測(cè)、醫(yī)療保健等各 個(gè)部門。
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊運(yùn)行環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身的特點(diǎn)，這種網(wǎng) 絡(luò)與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)有很大不同，主要在于傳感器節(jié)點(diǎn) 能量有限、能源無法替換，造成網(wǎng)絡(luò)生命期有限，制約了網(wǎng)絡(luò)的處理能力和 通信能力。為了盡可能延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命期，在研究與設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能量效率是 最重要的性能指標(biāo)。目前，從物理層到網(wǎng)絡(luò)層，已經(jīng)提出了許多高效節(jié)能的 算法，如成鏈算法，但多數(shù)算法是針對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)集來提高能量效率， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體能量效率考慮較少，這些算法在網(wǎng)絡(luò)建立初期性能比較好， 一旦 網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)失效節(jié)點(diǎn)后，其自適應(yīng)能力有限，網(wǎng)絡(luò)生命期難以保證。網(wǎng)絡(luò)能 量均衡要求全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)盡可能的平均耗能。能量均衡與網(wǎng)絡(luò)生命期密切相關(guān)， 整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)整體，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行到后半生命期時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 分裂，形成孤島網(wǎng)絡(luò)，有效覆蓋面積劇減等問題。
現(xiàn)有技術(shù)中，PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)協(xié)議是一個(gè)節(jié)能平面路由協(xié)議，該協(xié)議采用動(dòng)態(tài)選舉鏈頭的思想， 為避免頻繁選舉鏈頭的通信開銷，采用無通信量的鏈頭選舉方法，且網(wǎng)絡(luò)中 所有節(jié)點(diǎn)只形成一個(gè)鏈。該協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的位置， 通過貪心算法選擇最近的鄰居節(jié)點(diǎn)形成鏈。其中動(dòng)態(tài)選舉鏈頭的方法為設(shè)網(wǎng)
絡(luò)中N個(gè)節(jié)點(diǎn)都用1-N的自然數(shù)編號(hào)，第j輪選取的鏈頭是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)，i=j modN(i為0時(shí)，取N)。 鏈頭與節(jié)點(diǎn)(基站) 一跳通信，利用令牌控制鏈兩 端數(shù)據(jù)沿鏈傳送到鏈頭本身，在傳送過程中可聚合數(shù)據(jù)。當(dāng)鏈兩端數(shù)據(jù)都傳送完成時(shí)，開始新一輪選舉與傳輸。
但是發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，如果鏈過長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延
將會(huì)增大這些鏈路的節(jié)點(diǎn)能量消耗相對(duì)較多，會(huì)過早死亡，降低網(wǎng)絡(luò)生命期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備， 以解決數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能量損耗較大的問題。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系統(tǒng)及相關(guān)
設(shè)備是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，包括 根節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)； 根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；
其中所述的根節(jié)點(diǎn)與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)和基站構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系。 本發(fā)明實(shí)施例又提供一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)
構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括 數(shù)據(jù)匯聚單元，用于匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)發(fā)送單元，將所述數(shù)據(jù)匯聚單元的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送。 本發(fā)明實(shí)施例還才是供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)tt據(jù)匯聚系統(tǒng)， 至少包括第一節(jié)點(diǎn)、至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，和基站，所述第一節(jié)點(diǎn)和所述
至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系
第一節(jié)點(diǎn)，用于匯聚所述至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的的數(shù)據(jù)，將所述的數(shù)據(jù)向
基站發(fā)送；
基站，用于接收所述第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)效果是通過建立樹形拓樸連接關(guān)系，然后確定根 節(jié)點(diǎn)，通過根節(jié)點(diǎn)向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，使得基站可以較快速的獲取數(shù)據(jù)。而且 樹形拓樸隨著時(shí)間變化，使得各節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于均衡，這樣充分利用了網(wǎng) 絡(luò)能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。


圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種樹形拓樸調(diào)整中兩種標(biāo)記方式的示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種樹形拓樸； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過樹形拓樸調(diào)整得到的樹形拓樸； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的變化前后的兩輪樹形拓樸； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，根節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；其中所述的根節(jié)點(diǎn)與所述的 鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系，所述的根節(jié)點(diǎn)的高度值最低，離根節(jié)點(diǎn)的 跳數(shù)越大的鄰居節(jié)點(diǎn)的高度值越大。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法簡(jiǎn)單，可 以使拓樸連接隨著時(shí)間變化，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于平衡，充分利用了 網(wǎng)絡(luò)的能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間，而且延遲較小，使得基站可以較快的獲 取數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，時(shí)間被離散化為"輪"， 一輪時(shí)間是指組織所有節(jié)點(diǎn) 完成一次數(shù)據(jù)匯聚到基站的時(shí)間。在沒有節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)的總輪數(shù)就是網(wǎng)絡(luò)生命期。
其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗與網(wǎng)絡(luò)生命期關(guān)系為 節(jié)點(diǎn)A發(fā)射k-bits (k表的數(shù)據(jù)，bits為數(shù)據(jù)的單位，即比特)數(shù)據(jù)到間 距為d的另一節(jié)點(diǎn)B耗能為
￡ a d)二J —. ， rt <"。
，""。
, "T/V —"，" ，
節(jié)點(diǎn)B接收這k-bits數(shù)據(jù)耗能
五《#」=欣e/ec (2) 其中眠,漢.為模塊電路耗能，"。為一閾值，《々、f，為能耗參數(shù)。
另外，數(shù)據(jù)融合還要消耗能量Eda (nJ/bit/signal)。 對(duì)任意節(jié)點(diǎn)z', 其生命期丄T7滿足下式i77
(、 )+仏+ Z五；， 4》
r=o "《 w (3)
其中五o為節(jié)點(diǎn)初始化能量，是r時(shí)刻(或r輪里)要發(fā)送kji-bit
數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)z'的所有節(jié)點(diǎn)組成的集合。巧"是r時(shí)刻(或^輪里)要接收節(jié)點(diǎn)
發(fā)送k-bits數(shù)據(jù)的所有節(jié)點(diǎn)組成的集合。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命期為
Zr=min/L77.'z'eA7 (4)
也可用 一定比例節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間作為網(wǎng)絡(luò)生命期。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間測(cè)距方法為
根據(jù)福里斯公式，當(dāng)發(fā)射功率為《，發(fā)射天線增益為G,，接收天線增益 為G,,收發(fā)天線相距d,則位于遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的接收天線的最大接收功率為
r、 7 (4;r)2^丄 (5)
其中，義為波長(zhǎng)，丄是衰減因子。當(dāng)/l、 G?！丁ⅰ兑阎獣r(shí)，節(jié)點(diǎn)可 根據(jù)接收功率大小估測(cè)間距d ,接收功率《的大小檢測(cè)可由節(jié)點(diǎn)硬件 實(shí)現(xiàn)。義、G,、 G,通常是固定的，《可通過提前約定或在接收消息中攜帶的 方式獲知。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種動(dòng)態(tài)樹模型拓樸連接關(guān)系，動(dòng)態(tài)拓樸連接有利于 所有節(jié)點(diǎn)能量消耗均衡，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方 法是完全分布的，節(jié)點(diǎn)只需獲知一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。
通信僅在鄰居節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行，是局部化的。因此本說明書中涉及的廣播是 指節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文到其所有鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)收到廣播信息后不再轉(zhuǎn)發(fā)。
其中用于動(dòng)態(tài)尋路的鏈路權(quán)重的公式如下
節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居列表中鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻T時(shí)的剩余能量A(r)和距離^計(jì) 算鏈路權(quán)重，選取高度值低于自身的鄰居中對(duì)應(yīng)權(quán)重最小的鏈路發(fā)送報(bào)文。
其中節(jié)點(diǎn)選路基于鄰居列表信息，包括鄰居的標(biāo)識(shí)ID，高度值，距離， 剩余能量信息。鄰居列表信息通過鄰居間信息交互獲得。節(jié)點(diǎn)高度值H用于 指示到根節(jié)點(diǎn)的相對(duì)遠(yuǎn)近(基于跳數(shù))，根節(jié)點(diǎn)的高度值最低，其他節(jié)點(diǎn)高度
8值越低，離根節(jié)點(diǎn)越近，采用高度值輔助拓樸連接關(guān)系還能避免環(huán)路出現(xiàn)。
在本發(fā)明實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)樹形拓樸中，根節(jié)點(diǎn)也是不斷變化的，當(dāng)前 根節(jié)點(diǎn)(高度值為HO選取鄰居節(jié)點(diǎn)中剩余能量最大者擔(dān)當(dāng)下一輪的根節(jié)點(diǎn)，并
通知該節(jié)點(diǎn)調(diào)整其高度值為H,-1。動(dòng)態(tài)通信鏈路選擇和動(dòng)態(tài)根傳遞一起促使了
樹拓樸動(dòng)態(tài)變化，使得各節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于均衡。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，圖1為本發(fā)明實(shí)
施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法的流程圖，參見圖1,包括步驟
100、 根節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)和基站，即根節(jié)點(diǎn)建立與鄰居節(jié)點(diǎn)和基站的路由。
所有節(jié)點(diǎn)用一個(gè)默認(rèn)大小的功率(覆蓋半徑)廣播信息到其鄰居，使鄰居節(jié) 點(diǎn)獲得該節(jié)點(diǎn)的ID和到該節(jié)點(diǎn)間距(由公式(l)),并存入鄰居列表，基站用一 個(gè)能覆蓋全網(wǎng)的已知功率發(fā)送"Hello"(握手)報(bào)文，節(jié)點(diǎn)就可以估算出到基 站的距離，便于節(jié)點(diǎn)擔(dān)當(dāng)根節(jié)點(diǎn)時(shí)直接與基站通信。
101、 與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)建立樹形拓樸連接關(guān)系，確定所述樹形拓樸的根 節(jié)點(diǎn)。
從ID為1的節(jié)點(diǎn)開始向周圍節(jié)點(diǎn)發(fā)起一種類似的受控泛洪(控制節(jié)點(diǎn)廣播 次數(shù))。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一高度值H,初始時(shí)H均為一很大的整數(shù)(如X-3000)。 基站H值為0, ID為1的節(jié)點(diǎn)的H值設(shè)為1。 ID為1的節(jié)點(diǎn)廣播的初始樹 建立報(bào)文中含有其H值為1。鄰居節(jié)點(diǎn)收到后將自己的H值設(shè)為1+3=4，并 修改建立報(bào)文的H值為4向它的鄰居廣播，依此類推。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只在第一次 收到時(shí)將報(bào)文中的H值加3 (增加3的目的是為了進(jìn)一步的拓樸調(diào)整，生成 近似最小距離生成樹形拓樸以節(jié)約能量)，設(shè)為自身的H值，并發(fā)送一次建立 報(bào)文，同時(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)監(jiān)聽鄰居節(jié)點(diǎn)的H值改變并改變自己的鄰居列表。由于信 道是雙向的，這樣按發(fā)送和接收建立報(bào)文的順序和H值的高低就以ID為1的 節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)建立起樹形拓樸連接關(guān)系。
102、 樹形拓樸連接關(guān)系的優(yōu)化。對(duì)于上述建立的樹(即樹形拓樸連接關(guān) 系)，可以通過調(diào)整和優(yōu)化，以減少節(jié)點(diǎn)發(fā)射能量的消耗。調(diào)整和優(yōu)化的方式 有兩種(l)被動(dòng)標(biāo)記由初始化的ID為1的根節(jié)點(diǎn)發(fā)起。該根節(jié)點(diǎn)從鄰居列 表中找距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)k，并向節(jié)點(diǎn)k發(fā)送標(biāo)記信息，節(jié)點(diǎn)k收到該標(biāo)記信息后將自己的H值改為ID為1的節(jié)點(diǎn)的H值加1 ， 并確立該鏈^各。節(jié)
點(diǎn)k被標(biāo)記后又可以發(fā)送標(biāo)記信息到其最近的節(jié)點(diǎn)，依此類推。(2)主動(dòng)標(biāo)記 當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到或旁聽到鄰居節(jié)點(diǎn)的H值變化時(shí)，重新比較鄰居節(jié)點(diǎn)的距離和H 值，選H值低的且離自己最近的鄰居為父節(jié)點(diǎn)，更改自己的H值。 一定時(shí)間 以后，標(biāo)記過程完成，除個(gè)別鏈路外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均選擇了最近的發(fā)送鏈路，這 樣一個(gè)樹形拓樸網(wǎng)絡(luò)建立好了 。
圖2為樹形拓樸調(diào)整中兩種標(biāo)記方式的示意圖。黑色的圓圏為節(jié)點(diǎn)，節(jié) 點(diǎn)旁邊的數(shù)字為初始化的高度值H,節(jié)點(diǎn)旁邊標(biāo)注"根"表示該節(jié)點(diǎn)為根節(jié) 點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)的高度為0。圖2(1)為初始狀態(tài)的樹形拓樸，圖2(2)為被動(dòng)標(biāo)記的 樹形拓樸，在圖2(2)中節(jié)點(diǎn)b由根節(jié)點(diǎn)a^皮動(dòng)標(biāo)記后，H值更新為0+1 = 1, 然后繼續(xù)標(biāo)記自己的最近子節(jié)點(diǎn)c,子節(jié)點(diǎn)c調(diào)整H值為1 + 1=2;對(duì)b、 c 均為被動(dòng)標(biāo)記。圖2(3)為主動(dòng)標(biāo)記的樹形拓樸，在圖2(3)中節(jié)點(diǎn)d得知節(jié)點(diǎn) c的H值變化，改選節(jié)點(diǎn)c為父節(jié)點(diǎn)，/人而完成主動(dòng)標(biāo)記。
圖4為經(jīng)過樹形拓樸調(diào)整得到的樹形拓樸，黑色的圓圏為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)旁 邊的數(shù)字為初始化的高度值H，節(jié)點(diǎn)旁邊標(biāo)注"根"表示該節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)， 根節(jié)點(diǎn)的高度為0。每個(gè)節(jié)點(diǎn)均選擇最短的幾條鏈路與鄰居節(jié)點(diǎn)通信，這樣減 少了發(fā)射能量消耗。
103、向所述的根節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述 的基站。
數(shù)據(jù)收集階段占據(jù)了網(wǎng)絡(luò)生命期的絕大部分時(shí)間。數(shù)據(jù)周期性地發(fā)向根 節(jié)點(diǎn)，再到基站。每輪樹拓樸都要進(jìn)行調(diào)整。
根節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)可以包括與根節(jié)點(diǎn)直接或者間接相連的節(jié)點(diǎn)，比如可 以包括與^f艮節(jié)點(diǎn)直接相連子節(jié)點(diǎn)，或者比如可以包括與根節(jié)點(diǎn)直接相連的父 節(jié)點(diǎn)以及與根節(jié)點(diǎn)直接間接的子節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)匯聚由子節(jié)點(diǎn)開始，子節(jié)點(diǎn)將采 集到的數(shù)據(jù)處理打包后發(fā)送到其父節(jié)點(diǎn)，同時(shí)4艮據(jù)父節(jié)點(diǎn)H值改變自己的H 值。該父節(jié)點(diǎn)選擇利用到了(6)式定義的選路權(quán)重，它在鏈路距離最近的基礎(chǔ) 上，考慮到節(jié)點(diǎn)剩余能量，防止某些節(jié)點(diǎn)因通信量繁重而提早死亡。父節(jié)點(diǎn) 收到所有子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合壓縮，然后選擇自己的父節(jié)點(diǎn)并發(fā) 送，依此類推，直到根節(jié)點(diǎn)收到自己所有子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同樣融合后發(fā)送給基站。如圖2 ( 1 )所示的樹形拓樸，根節(jié)點(diǎn)a的鄰居節(jié)點(diǎn)包括父節(jié)點(diǎn)b,所述 父節(jié)點(diǎn)b與三個(gè)的子節(jié)點(diǎn)c、 d、 e相連，所述根節(jié)點(diǎn)a匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)b、 c、 d、 e的數(shù)據(jù)，具體包括根節(jié)點(diǎn)a匯聚父節(jié)點(diǎn)b的數(shù)據(jù)，所述父節(jié)點(diǎn)b的數(shù)據(jù)為 父節(jié)點(diǎn)b匯聚各個(gè)與父節(jié)點(diǎn)相連的子節(jié)點(diǎn)c、 d、 e的數(shù)據(jù)。又如圖3所示的樹形拓樸，根節(jié)點(diǎn)f的鄰居節(jié)點(diǎn)包括與根節(jié)點(diǎn)f直接相連 的三個(gè)子節(jié)點(diǎn)g、 h、 i,所述根節(jié)點(diǎn)f匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，具體包括根節(jié) 點(diǎn)f匯聚與根節(jié)點(diǎn)直接相連的三個(gè)子節(jié)點(diǎn)g、 h、 i的數(shù)據(jù)。根節(jié)點(diǎn)向基站發(fā)送完數(shù)據(jù)后，選擇鄰居節(jié)點(diǎn)中能量最大的為下一輪的樹 形拓樸的根節(jié)點(diǎn)，并通知該節(jié)點(diǎn)，新根節(jié)點(diǎn)將自己的H值改為原根節(jié)點(diǎn)的減 1。這樣根節(jié)點(diǎn)的高度值始終是全網(wǎng)最低的，保證路由有效性且避免了環(huán)路。104、更新鄰居列表，在本發(fā)明實(shí)施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方 法中，節(jié)點(diǎn)之間的信息交互是很重要的，而節(jié)點(diǎn)的計(jì)算均根據(jù)自己的鄰居列 表的信息，所以鄰居列表實(shí)時(shí)更新是很關(guān)鍵的，包括根節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰 居列表都要實(shí)時(shí)更新。本發(fā)明實(shí)施例采用兩種方式進(jìn)行鄰居節(jié)點(diǎn)之間的信息 交互(l)信息捎帶與旁聽節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)捎帶自己的H值和剩余能量信 息，鄰居節(jié)點(diǎn)可以接收或旁聽到；(2)周期信息廣播可以在每輪數(shù)據(jù)發(fā)送完 畢后廣播，由于相鄰兩輪節(jié)點(diǎn)信息變化較小，也可以每個(gè)幾輪廣播一次。周 期信息廣播還起到向鄰居列表示自己的存在的作用。節(jié)點(diǎn)通過廣播收到更新 的才艮文后，首先更新自己的鄰居列表，如果父節(jié)點(diǎn)的H值變化，要將自己的 H值調(diào)整為比父節(jié)點(diǎn)的多1。由于根節(jié)點(diǎn)的H值不斷減小，隨著輪數(shù)(時(shí)間) 增加帶動(dòng)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的H值不斷減小。圖4為前后兩輪拓樸變化情況。上述實(shí)施例101至104的處理仫J義是一個(gè)完整的舉例，101至104的處理 并不都是每一次實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例所必須的。比如101或102或104的處理 就不是每一次實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例所必須的。(或短時(shí)間失效的節(jié)點(diǎn)自我恢復(fù)，成為準(zhǔn)新節(jié)點(diǎn))時(shí)，該新節(jié)點(diǎn)會(huì)向周圍節(jié) 點(diǎn)廣播自身信息，表明自身存在，同時(shí)不斷接收鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，以構(gòu)成鄰 居列表，這樣就按照公式(5)中的選父算法加入到本發(fā)明實(shí)施例提供的樹形拓11樸之中了 。各個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以設(shè)置定時(shí)器，較長(zhǎng)時(shí)間(有定時(shí)器控制)沒有收到鄰居 節(jié)點(diǎn)的信息就認(rèn)為該鄰居節(jié)點(diǎn)失效(死亡)，將該鄰居節(jié)點(diǎn)從鄰居列表中刪去 即可。在網(wǎng)絡(luò)生命期末期，若有節(jié)點(diǎn)的所有父節(jié)點(diǎn)均失效，該節(jié)點(diǎn)將增大發(fā) 射功率尋找新的鄰居節(jié)點(diǎn)并選擇父節(jié)點(diǎn)，否則將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到基站。本發(fā)明實(shí)施例通過建立樹形拓樸連接關(guān)系，然后確定根節(jié)點(diǎn)，通過根節(jié) 點(diǎn)向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，樹形拓樸隨著時(shí)間變化，使得各節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于均衡， 這樣充分利用了網(wǎng)絡(luò)能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。而且由于本發(fā)明實(shí)施例提 供的是樹形拓樸，比鏈?zhǔn)酵貥阍跀?shù)據(jù)匯聚時(shí)延上明顯減小，使得基站可以較 快速的獲取數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法能夠快 速且有效的組織全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)只記錄基站和鄰居節(jié)點(diǎn)信息就可進(jìn) 行路由。另外本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，復(fù)雜度 低，對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的要求也低，適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與所述的鄰居節(jié)點(diǎn) 構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的高度值最低，離該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的跳 數(shù)越大的鄰居節(jié)點(diǎn)的高度值越大，參照?qǐng)D6，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)匯聚單元61，用于匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送單元62，將所述數(shù)據(jù)匯聚單元的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送。進(jìn)一步的，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括;洛由建立單元63,用于建立與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)和基站之間的路由，以便于與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)和基站建立樹形拓樸連接關(guān)系。進(jìn)一步的，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括關(guān)系優(yōu)化單元64,用于向距離最近的鄰居 節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)記信息，以便于距離最近鄰居節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)記信息通過改變自身的 高度值確定節(jié)點(diǎn)之間的鏈路；以及便于其他節(jié)點(diǎn)獲知根節(jié)點(diǎn)距離最近的鄰居 節(jié)點(diǎn)的高度值發(fā)生變化，選擇高度值低且離自己最近的鄰居節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)， 更改自己的高度值。進(jìn)一步的，所述的列表更新單元65,還用于在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未收到鄰居 節(jié)點(diǎn)的信息，則確認(rèn)所述的鄰居節(jié)點(diǎn)失效，并從鄰居列表中刪除所述的鄰居 節(jié)點(diǎn)的信息。該節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)建立樹形拓樸連接關(guān)系，把鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚到基站，比鏈?zhǔn)酵貥阍跀?shù)據(jù)匯聚時(shí)延上明顯減小，使得基站可以較快速 的獲取數(shù)據(jù)。而且該樹形拓樸隨著時(shí)間變化，各節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于均衡，這 樣充分利用了網(wǎng)絡(luò)能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)，如圖7所示，至少包括第一節(jié)點(diǎn)71、至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，和基站72,所述第一節(jié)點(diǎn)71和 所述至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系第一節(jié)點(diǎn)71，用于匯聚所述至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的的數(shù)據(jù)，將所述的數(shù)據(jù) 向基站72發(fā)送。基站72，用于接收所述第一節(jié)點(diǎn)71發(fā)送的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述的第一節(jié)點(diǎn)71,用于向距離最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)記信 息，以便于距離最近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)記信息通過改變自身的高度值確定節(jié)點(diǎn) 之間的鏈路；以及便于其他節(jié)點(diǎn)獲知根節(jié)點(diǎn)距離最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的高度值發(fā) 生變化，選擇高度值低且離自己最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，更改自己的高度值。進(jìn)一步的，所述的第一節(jié)點(diǎn)71，用于選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能量最大的節(jié)點(diǎn)為 下一輪數(shù)據(jù)收集的新的根節(jié)點(diǎn)，并通知所述新的根節(jié)點(diǎn)以便于所述新的根節(jié) 點(diǎn)將自己的高度值改為根節(jié)點(diǎn)的高度值減1。該系統(tǒng)通過建立樹形拓樸連接關(guān)系，然后確定根節(jié)點(diǎn)，通過根節(jié)點(diǎn)向基 站發(fā)送數(shù)據(jù)，使得基站可以較快速的獲取數(shù)據(jù)。而且樹形拓樸隨著時(shí)間變化， 使得各節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于均衡，這樣充分利用了網(wǎng)絡(luò)能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命 時(shí)間。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系統(tǒng) 及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說 明書實(shí)施例的內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于，包括根節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；其中所述的根節(jié)點(diǎn)與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓?fù)溥B接關(guān)系。
2、 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于，所 述根節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)之前，進(jìn)一步包括根節(jié)點(diǎn)建立與鄰居節(jié)點(diǎn)和 基站的路由，以便于與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)建立樹形拓樸連接關(guān)系。
3、 如權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于，進(jìn) 一步包括根節(jié)點(diǎn)向距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)記信息，以便于距離最近鄰居節(jié)點(diǎn) 根據(jù)標(biāo)記信息通過改變自身的高度值確定節(jié)點(diǎn)之間的鏈路；以及便于其他節(jié) 點(diǎn)獲知根節(jié)點(diǎn)距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)的高度值發(fā)生變化，選擇高度值低且離自 己最近的鄰居節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，更改自己的高度值。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于， 進(jìn)一步包括根節(jié)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未收到鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，則確認(rèn)所述的 鄰居節(jié)點(diǎn)失效，并從鄰居列表中刪除所述的鄰居節(jié)點(diǎn)的信息。
5、 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于， 所述的鄰居節(jié)點(diǎn)包括父節(jié)點(diǎn)，所述父節(jié)點(diǎn)與至少兩個(gè)的子節(jié)點(diǎn)相連，所述才艮 節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，包括根節(jié)點(diǎn)匯聚父節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所述父節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為父節(jié)點(diǎn)匯聚各個(gè)與父節(jié) 點(diǎn)相連的子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于， 所述的鄰居節(jié)點(diǎn)包括與根節(jié)點(diǎn)直接相連的至少兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，所述根節(jié)點(diǎn)匯聚 鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，包括根節(jié)點(diǎn)匯聚與根節(jié)點(diǎn)直接相連的至少兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
7、 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于，所 述的根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述的基站之后，進(jìn)一步包括該根節(jié)點(diǎn)選擇鄰居節(jié)點(diǎn)中能量最大的鄰居節(jié)點(diǎn)為下一輪數(shù)據(jù)收集的新的 根節(jié)點(diǎn)，并通知所述新的根節(jié)點(diǎn)以便于所述新的根節(jié)點(diǎn)將自己的高度值改為根節(jié)點(diǎn)的高度值減1。
8、 一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓樸連接關(guān)系，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)匯聚單元，用于匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送單元，將所述數(shù)據(jù)匯聚單元匯聚的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送。
9、 如權(quán)利要求8所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括路由建立單元， 用于建立與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)和基站之間的路由，以便于與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)和 基站建立樹形拓樸連接關(guān)系。
10、 如權(quán)利要求9所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括關(guān)系優(yōu)化單 元，用于向距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)記信息，以便于距離最近鄰居節(jié)點(diǎn)根 據(jù)標(biāo)記信息通過改變自身的高度值確定節(jié)點(diǎn)之間的鏈路；以及便于其他節(jié)點(diǎn) 獲知根節(jié)點(diǎn)距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)的高度值發(fā)生變化，選擇高度值低且離自己 最近的鄰居節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，更改自己的高度值。
11、 如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的列表更新單元， 如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未收到鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，則確認(rèn)所述的鄰居節(jié)點(diǎn)失效， 并從鄰居列表中刪除所述的鄰居節(jié)點(diǎn)的信息。
12、 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)，其特征在于，至少包括第一節(jié) 點(diǎn)、至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，和基站，所述第一節(jié)點(diǎn)和所述至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu) 成樹形拓樸連接關(guān)系第一節(jié)點(diǎn)，用于匯聚所述至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的的數(shù)據(jù)，將所述的數(shù)據(jù)向 基站發(fā)送；基站，用于接收所述第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。
13、 如權(quán)利要求12所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)，其特征在于， 所述的第一節(jié)點(diǎn)，用于向距離最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)記信息，以便于距離最 近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)記信息通過改變自身的高度值確定節(jié)點(diǎn)之間的鏈路；以及 便于其他節(jié)點(diǎn)獲知根節(jié)點(diǎn)距離最近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的高度值發(fā)生變化，選擇高度值 低且離自己最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)，更改自己的高度值。
14、 如權(quán)利要求12所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)，其特征在于， 所述的第 一節(jié)點(diǎn)，用于選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能量最大的節(jié)點(diǎn)為下一輪數(shù)據(jù)收集的新的根節(jié)點(diǎn)，并通知所述新的根節(jié)點(diǎn)以便于所述新的根節(jié)點(diǎn)將自己的高度值 改為根節(jié)點(diǎn)的高度值減1。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例涉及通信領(lǐng)域，提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚方法、系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備。根節(jié)點(diǎn)匯聚鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；根節(jié)點(diǎn)將所述的數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；其中所述的根節(jié)點(diǎn)與所述的鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成樹形拓?fù)溥B接關(guān)系?？梢允箻湫瓮?fù)潆S著時(shí)間變化，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗趨于平衡，充分利用了網(wǎng)絡(luò)的能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間，而且延遲較小，使得基站可以較快的獲取數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101594281SQ20081009776
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者劉桂英, 屈玉貴, 張建偉, 張英堂, 趙寶華, 杰 鄭, 郭淑杰 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司;中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)