具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其步驟為：根據(jù)數(shù)據(jù)控制子算法（DCSA）迭代搜索計(jì)算錨點(diǎn)最優(yōu)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量及其代價(jià)集合；根據(jù)路由子算法（RSA）并行搜索計(jì)算流速率、能量消耗代價(jià)和擁塞代價(jià)從而確定從傳感器到移動(dòng)收集器（SenCar）的最優(yōu)數(shù)據(jù)路由；通過(guò)數(shù)據(jù)分割子算法（DSS）尋找最優(yōu)的數(shù)據(jù)分割比例；通過(guò)功率控制和相容性子算法（PCSA）和逗留時(shí)間分配子算法（STAS）并行搜索計(jì)算傳感器的傳輸功率和移動(dòng)收集器（SenCar）的逗留時(shí)間。本發(fā)明允許從傳感器到移動(dòng)收集器并發(fā)上傳數(shù)據(jù)，從而大大縮短數(shù)據(jù)收集延遲和顯著地減少能量消耗，獲得較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和有效的資源利用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸方法，尤其是涉及一種具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化(DaGCM)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]移動(dòng)數(shù)據(jù)收集用于解決靜態(tài)數(shù)據(jù)收集方式存在的問(wèn)題，在移動(dòng)數(shù)據(jù)收集模式中，一種特殊類(lèi)型的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(通常稱(chēng)為移動(dòng)收集器，本發(fā)明中簡(jiǎn)稱(chēng)為SenCar)被引入無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以使得靜態(tài)傳感器之間的連通變得更容易，移動(dòng)收集器承擔(dān)遠(yuǎn)距離的傳感器的路由功能，由于傳感器的部分或者全部路由由移動(dòng)收集器承擔(dān)，所以傳感器上的能量能夠被大大節(jié)約，傳感器之間能量消耗的不均勻性也可以被有效地緩解，這對(duì)于具有有限能量和存儲(chǔ)資源的傳感器是非常希望的。
[0003]為了獲得更加靈活的數(shù)據(jù)收集路徑，研究人員利用分治方法提出了一種運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃算法，該算法為實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡遞歸地確定路徑的拐點(diǎn)，以及為將網(wǎng)絡(luò)的每一部分組織成一個(gè)簇，研究人員考慮了移動(dòng)性控制，提出了能產(chǎn)生擺渡路徑以滿(mǎn)足流需求并最小化包延遲的算法，提出了一種調(diào)度移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以確保不會(huì)由于緩沖區(qū)溢出而引起數(shù)據(jù)丟失的算法。Ekici等提出了一種離線(xiàn)啟發(fā)式算法，該算法基于傳感器的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率和它們的位置信息來(lái)計(jì)算周期軌跡以避免在低速移動(dòng)時(shí)數(shù)據(jù)丟失。
[0004]在上述現(xiàn)有的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集機(jī)制中，都是采用帶單個(gè)天線(xiàn)的移動(dòng)收集器來(lái)收集數(shù)據(jù)，并且沒(méi)有考慮信道的衰落對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集延遲較大以及能量消耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化(DaGCM)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，將一個(gè)傳感器在一個(gè)錨點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集代價(jià)定義為該傳感器在移動(dòng)收集器在該錨點(diǎn)的逗留時(shí)間內(nèi)上傳到移動(dòng)收集器的數(shù)據(jù)量的函數(shù)，該方法允許從傳感器到移動(dòng)收集器并發(fā)上傳數(shù)據(jù)，從而大大縮短數(shù)據(jù)收集延遲和顯著地減少能量消耗，獲得較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和有效的資源利用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化(DaGCM)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，具體步驟如下:
[0007]步驟1、根據(jù)數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)迭代搜索計(jì)算傳感器在每個(gè)錨點(diǎn)的最優(yōu)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量集合及其代價(jià)集合，從而確定每個(gè)傳感器在一次數(shù)據(jù)收集旅程中所產(chǎn)生的最優(yōu)數(shù)據(jù)量；
[0008]步驟2、根據(jù)路由子算法(RSA)并行搜索計(jì)算流速率、能量消耗代價(jià)
和擁塞代價(jià)從而確定從傳感器到移動(dòng)收集器的最優(yōu)數(shù)據(jù)路由；通過(guò)數(shù)據(jù)分割子算法(DSS)尋找最優(yōu)的數(shù)據(jù)分割比例|lf j 5
[0009]步驟3、通過(guò)功率控制和相容性子算法(PCSA)和逗留時(shí)間分配子算法(STAS)并行搜索計(jì)算傳感器的傳輸功率和移動(dòng)收集器的逗留時(shí)間從而確定保證兩個(gè)傳感器
兼容性的最優(yōu)傳輸功率和移動(dòng)收集器在每個(gè)錨點(diǎn)的最佳逗留時(shí)間。
[0010]在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述步驟I的所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)具體步驟為:
[0011]每個(gè)傳感器i在流守恒約束、鏈路容量約束下通過(guò)采用子梯度下降法并根據(jù)公式
(I)和(2)分別獲得傳感器在每個(gè)錨點(diǎn)的最優(yōu)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量Λ及其代價(jià)if:
[0012]y((k + 1) = [YiIk) + SikWDl(V1)]+(I )
[0013]I；(身+1) = [i； (k(Λ；)]'(2)
[0014]其中VA(A)表示關(guān)于傳感器i產(chǎn)生數(shù)據(jù)量Yi的子梯度，即
VD1(^1) = NC:(yi)^A； Zyi, NC' ^yi)表示代價(jià)函數(shù)關(guān)于數(shù)據(jù)量yi的一階導(dǎo)數(shù)；VA(Y)
表示關(guān)于錨點(diǎn)a的傳感器i的代價(jià)< 的子梯度，即▽￡*,(<) = -1oivi; ε (k)表示迭代步長(zhǎng)，是一個(gè)常數(shù)。
[0015]在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟2中所述路由子算法(RSA)具體步驟為:
[0016]傳感器節(jié)點(diǎn)i接收來(lái)自所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生代價(jià)為a以及每條鏈路上的輸入速率，根據(jù)子梯度投影法計(jì)算鏈路(i，j)的流速率Xu、能量消耗代價(jià)μ &)和擁塞代價(jià)Vu如下
【權(quán)利要求】
1.一種具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、根據(jù)數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)迭代搜索計(jì)算傳感器在每個(gè)錨點(diǎn)的最優(yōu)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量集合.}^及其代價(jià)集合Prl，從而確定每個(gè)傳感器在一次數(shù)據(jù)收集旅程中所產(chǎn)生的最優(yōu)數(shù)據(jù)量； 步驟2、根據(jù)路由子算法(RSA)并行搜索計(jì)算流速率|.<|、能量消耗代價(jià)K.,?,j和擁塞代價(jià)從而確定從傳感器到移動(dòng)收集器的最優(yōu)數(shù)據(jù)路由；通過(guò)數(shù)據(jù)分割子算法(DSS)尋找最優(yōu)的數(shù)據(jù)分割比例； 步驟3、通過(guò)功率控制和相容性子算法(PCSA)和逗留時(shí)間分配子算法(STAS)并行搜索計(jì)算傳感器的傳輸功率和移動(dòng)收集器的逗留時(shí)間j從而確定保證兩個(gè)傳感器兼容性的最優(yōu)傳輸功率和移動(dòng)收集器在每個(gè)錨點(diǎn)的最佳逗留時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述步驟I中的所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)具體步驟為: 每個(gè)傳感器i在流守恒約束、鏈路容量約束下通過(guò)采用子梯度下降法并根據(jù)公式(I)和(2)分別獲得傳感器在每個(gè)錨點(diǎn)的最優(yōu)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量K及其代價(jià):
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述步驟2中所述路由子算法(RSA)具體步驟為: 傳感器節(jié)點(diǎn)i接收來(lái)自所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生代價(jià)< 以及每條鏈路上的輸入速率，根據(jù)子梯度投影法計(jì)算鏈路(i，j)的流速率、能量消耗代價(jià)μ (i,ffl)和擁塞代價(jià)如下
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述步驟2中所述數(shù)據(jù)分割子算法(DSS)具體步驟為: 基于所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生代價(jià)為3，傳感器節(jié)點(diǎn)i根據(jù)公式(6)和(7)計(jì)算數(shù)據(jù)分割量蠓以確定上傳到錨點(diǎn)a的最優(yōu)數(shù)據(jù)量，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述步驟3中所述功率控制和相容性子算法(PCSA)具體步驟為: 測(cè)量來(lái)自所述路由子算法(RSA)的鏈路(i，j)和(m，η)的擁塞代價(jià)和vmn ;測(cè)量鏈路(i，j)和(m,n)的SINR值和^_以及所收到的功率等級(jí)PiIiij,其中Pi表示傳感器節(jié)點(diǎn)i的傳輸功率，hu表示鏈路(i，j)的增益；計(jì)算消息皿力=/(/?為)，并將該消息傳遞給其它的發(fā)送者；傳感器節(jié)點(diǎn)i，m根據(jù)消息MsgijJsgnm以及信道增益計(jì)算傳輸功率Pi和pm，如果相容性約束被滿(mǎn)足，傳感器節(jié)點(diǎn)i和m就是一個(gè)相容對(duì)，就可以同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有并發(fā)數(shù)據(jù)上傳和收集代價(jià)最小化的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述步驟3中所述逗留時(shí)間分配子算法(STAS)具體步驟為:基于所述步驟1中所述數(shù)據(jù)控制子算法(DCSA)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生代價(jià)為s，傳感器節(jié)點(diǎn)i根據(jù)公式(8)和(9)計(jì)算數(shù)據(jù)分割量瘳以確定上傳到錨點(diǎn)a的最優(yōu)數(shù)據(jù)量，
【文檔編號(hào)】H04W52/02GK103826279SQ201410083090
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】郭松濤, 劉德芳, 楊元元, 楊陽(yáng), 余紅宴 申請(qǐng)人:西南大學(xué)