控制方法和控制装置与流程
本发明涉及无线传感器网络技术，特别涉及一种控制方法和控制装置。
背景技术：
由于信息化的发展，无线传感器网络需求会越来越广泛，但由于无线传感器网络中传感器节点一般都是小型化设备利用电池来供电，其有限电量的特性限制了其在一些特殊领域的应用，如一些人类难以接触的地方，如海洋、沙漠甚至核辐射区。于是一种全新的无源的无线传感器网络就变的迫在眉睫了。
国内外已经针对这种无源的传感器网络进行了一些研究，如国外主要利用传感器节点环境背反射的方式将汇聚节点播撒的能量接收调制后并反射给汇聚节点。国内则主要采用对传感器节点对环境中散发的微弱能量进行收集，等积累到足够量之后再将信息传给sink的方式。然而这两种方式都有致命缺陷，第一种方式只是针对入射波进行简单的调制后再反射回去，缺乏足够的路由结构和编码方式，如果要达到一种令人满意的结果，则对RF source的功率要求就会非常大；第二种方式需要一定时间来让传感器节点积累到足够的能量，并且这种方法需要收集环境中的能量，如果环境中能量变化就会导致传感器节点工作不稳定。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种控制方法和控制装置。
本发明实施方式的控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点；所述控制方法包括以下步骤：
能量播撒步骤，所述能量播撒步骤控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；
能量采集步骤，所述能量采集步骤控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；
分簇步骤，所述分簇步骤根据预定成簇规则将所述传感器节点分簇并选取簇头；及
数据传递步骤，所述数据传递步骤控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点。
在某些实施方式中，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。
在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：
在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；
在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；及
在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。
在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：
比较所述对应的所述簇头到所述汇聚节点的距离与其他所述传感器节点到所述汇聚节点的距离以确定所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点。
在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：
判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点是否为所述簇头；
在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。
在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：
判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点是否存活；
在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点存活时判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；及
在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点将所述数据传递给所述汇聚节点。
本发明实施方式的控制装置，用于控制无源传感器网络中数据的回传，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点；所述控制装置包括：
能量播撒模块，所述能量播撒模块用于控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；
能量采集模块，所述能量采集模块用于控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；
分簇模块，所述分簇模块用于根据预定成簇规则将所述传感器节点分簇并选取簇头；及
数据传递模块，所述数据传递模块用于控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点。
在某些实施方式中，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。
在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：
第一判断模块，所述第一判断模块用于在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；
第一控制模块，所述第一控制模块用于在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；及
第二控制模块，所述第二控制模块用于在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。
在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：
比较模块，所述比较模块用于比较所述对应的所述簇头到所述汇聚节点的距离与其他所述传感器节点到所述汇聚节点的距离以确定所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点。
在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点是否为所述簇头；
所述数据传递模块用于在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。
在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：
第三判断模块，所述第三判断模块用于判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点是否存活；
第四判断模块，所述第四判断模块用于在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点存活时判断所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；
所述数据传递模块用于在所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述离所述汇聚节点更近的一簇的所述传感器节点将所述数据传递给所述汇聚节点。
本发明实施方式的控制方法及控制装置通过控制传感器节点回传数据的方式，使得网络中每个传感器节点都能以最大概率传输有用数据到汇聚节点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的控制方法的流程示意图。
图2是本发明实施方式的控制装置的功能模块示意图。
图3是本发明实施方式的控制方法的另一流程示意图。
图4是本发明实施方式的控制方法的又一流程示意图。
图5是本发明实施方式的控制方法的再一流程示意图。
图6是本发明实施方式的无线传感器网络的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明实施方式的控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传，无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点。控制方法包括以下步骤：
能量播撒步骤S10，能量播撒步骤S10控制汇聚节点播撒能量至整个无源传感器网络；
能量采集步骤S20，能量采集步骤S20控制传感器节点采集汇聚节点播撒的能量；
分簇步骤S30，分簇步骤S30根据预定成簇规则将传感器节点分簇并选取簇头；及
数据传递步骤S40，数据传递步骤S40控制每簇的传感器节点将数据传递给对应的簇头然后传递给汇聚节点或者离汇聚节点更近的一簇的传感器节点以最终传递给汇聚节点，并关闭传递完数据的传感器节点。
请参阅图2，本发明实施方式的控制装置10包括能量播撒模块11、能量采集模块12、分簇模块13、数据传递模块14。
本发明实施方式的控制方法可以由本发明实施方式的控制装置10实现，例如能量播撒步骤S10可由能量播撒模块11实现，能量采集步骤S20可由能量采集模块12实现，分簇步骤S30可由分簇模块13实现，数据传递步骤S40可由数据传递模块14实现。
也即是说，能量播撒模块11可以用于控制汇聚节点播撒能量至整个无源传感器网络。能量采集模块12可以用于控制传感器节点采集汇聚节点播撒的能量。分簇模块13可以用于根据预定成簇规则将传感器节点分簇并选取簇头。数据传递模块14可以用于控制每簇的传感器节点将数据传递给对应的簇头然后传递给汇聚节点或者离汇聚节点更近的一簇的传感器节点以最终传递给汇聚节点，并关闭传递完数据的传感器节点。
本发明实施方式的控制方法及控制装置10通过控制传感器节点回传数据的方式，使得网络中每个传感器节点都能以最大概率传输有用数据到汇聚节点。
需要理解的是，本发明实施方式中的传感器节点包括簇头。
在某些实施方式中，数据包括传感器节点自身所采集的数据和/或由其他传感器节点传递的数据。
例如，当传感器节点为最外层的传感器节点时，传感器节点所传递的数据只包括自身所收集到的数据，当数据传递次数大于等于2时，传感器节点所传递的数据包括传感器节点自身所收集到的数据和由其他传感器节点传来的数据。如此，可实现数据一层层的传递，使得有用数据能完整的传递至汇聚节点。
请参阅图3，在某些实施方式中，数据传递步骤S40具体包括：
步骤S41，在每个传感器节点将数据传递出去后判断每个传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；
步骤S42，在当前能量大于等于休眠所需能量时控制传感器节点进入休眠模式；及
步骤S43，在当前能量小于休眠所需能量时控制传感器节点暂时关闭。
在某些实施方式中，数据传递模块14包括第一判断模块141、第一控制模块142及第二控制模块143。步骤S41可由第一判断模块141实现，步骤S42可由第一控制模块142实现，步骤S43可由第二控制模块143实现。
也即是说，第一判断模块141可以用于在每个传感器节点将数据传递出去后判断每个传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量。第一控制模块142可以用于在当前能量大于等于休眠所需能量时控制传感器节点进入休眠模式。第二控制模块143可以用于在当前能量小于休眠所需能量时控制传感器节点暂时关闭。
如此，通过控制传递完数据的传感器节点进入休眠模式或暂时关闭，可减少能量的损耗，而且当新一轮播撒能量过程开始后，暂时关闭的传感器节点可采集能量重新开始工作。
请参阅图4，在某些实施方式中，数据传递步骤S40具体包括：
步骤S44，比较对应的簇头到汇聚节点的距离与其他传感器节点到汇聚节点的距离以确定离汇聚节点更近的一簇的传感器节点。
在某些实施方式中，数据传递模块14包括比较模块144。步骤S44可由比较模块144实现。
也即是说，比较模块144可以用于比较对应的簇头到汇聚节点的距离与其他传感器节点到汇聚节点的距离以确定离汇聚节点更近的一簇的传感器节点。
如此，能使得数据能由远及近传递至汇聚节点。而越靠近汇聚节点的传感器节点会具有更多的能量，确定与汇聚节点更近的传感器节点后将数据传递给与汇聚节点更近的传感器节点可使得传感器节点能有足够的能量将数据最终传递至汇聚节点。
请参阅图5，在某些实施方式中，数据传递步骤S40具体包括：
步骤S45，判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点是否为簇头；
步骤S46，在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点不为簇头时将数据优先传递给簇头以最终传递给汇聚节点。
在某些实施方式中，数据传递模块14包括第二判断模块145。步骤S45可由第二判断模块145实现，步骤S46可由数据传递模块14实现。
也即是说，第二判断模块145可以用于判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点是否为簇头。数据传递模块14可以用于在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点不为簇头时将数据优先传递给簇头以最终传递给汇聚节点。
本发明实施方式的控制方法不限制传感器节点或簇头必须将数据传递给下一个簇头，当传感器节点或簇头所具有的能量较少时则只需尽可能将数据传递给距离汇聚节点更近的传感器节点，然后此距离汇聚节点更近的传感器节点优先将数据传递给自己的簇头。优先传递给自己的簇头是与前面的预定成簇规则相对应的，综合相对位置和当前能量来看，簇头势必比传感器节点更具有优势，能更有效的传递数据。
在某些实施方式中，数据传递步骤S40具体包括：
步骤S47，判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点是否存活；
步骤S48，在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点存活时判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点与汇聚节点的距离是否小于预定距离；及
步骤S49，在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，控制离汇聚节点更近的一簇的传感器节点将数据传递给汇聚节点。
在某些实施方式中，数据传递模块14包括第三判断模块146及第四判断模块147。步骤S47可由第三判断模块146实现，步骤S48可由第四判断模块147实现，步骤S49可由数据传递模块14实现。
也即是说，第三判断模块146可以用于判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点是否存活。第四判断模块147可以用于在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点存活时判断离汇聚节点更近的一簇的传感器节点与汇聚节点的距离是否小于预定距离。数据传递模块14可以用于在离汇聚节点更近的一簇的传感器节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，控制离汇聚节点更近的一簇的传感器节点将数据传递给汇聚节点。
当存活的传感器节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，即可通过传感器节点将数据传递给汇聚节点。这些存活的且与汇聚节点的距离小于预定距离的传感器节点数量不止一个。如此，可避免这些的传感器节点又将数据传递给距离汇聚节点最近的的一个传感器节点，造成传递次数的增加和能量的不必要消耗。
下面举例对本发明实施方式的控制方法进行详细说明，请参阅图6，在无线传感器网络中，传感器节点集合为{S}＝{S1,…,Sn}，其中n为网络中传感器数量。汇聚节点的标识为AP。汇聚节点AP播撒能量至整个网络，所有的传感器节点采集汇聚节点AP播撒的能量。本实施方式的控制方法中，传感器节点接收信号、处理数据、回传数据的能量全部来源于汇聚节点AP播撒的能量，距离汇聚节点AP远的传感器节点处理数据能力较弱，距离汇聚节点AP近的节点采集的能量较多，承担更多的数据处理任务。
根据成簇规则f(E1,…,En,d1,…,dn)，形成了若干个最外层的分簇，簇头标识为{Ca,b,c}，其中a为当前形成簇的层数，b为簇的序号，c代表传递次数。每个分簇里的节点数量并不一定相同。分簇中的传感器节点将数据传递给簇头，以节省能量，同时休眠，若没有能量休眠则暂时关闭。
最外层的一些节点如S1，将数据传递给自己的簇头C1,m,1，其中，1代表的是第一层，m代表该簇在第二层的某序号，1代表第1次传递。C1,m,1在网络中的传感器节点标号为Sr1，r1为某个具体序号。
C1,m,1(Sr1)根据更接近AP的节点能量情况，将本簇的信息进行传递。例如，将数据传给距离AP更近的一个节点Sr2。Sr2不一定是簇头。在无源传感器网络中，传感器节点有较大的概率会将数据回传给它的簇头，但是并不是100％会传递给簇头，有相当的概率会传递给相邻簇或者高层簇中的某一个节点。当Sr2是簇头时，Sr2(C2,n,2)继续将数据传递给传给距离AP更近的一个节点Sr3。当Sr2不是簇头时，Sr2将数据传递给Sr2所在的簇的簇头C2,n,3，其中，2代表的是第二层簇，n代表该簇在第二层的某序号，3代表第三次传递。若Sr2所在的簇头C2,n,3留存的能量处理数据的能力较低，那么Sr2会绕过它所在簇的簇头，选择临近的簇或高层簇的某一个节点进行传递。
例如，如图中所示，数据传递路径S1→C1,1,1(Sr1)→C2,1,2(Sr2)→Sr3(某个传感器节点)→C3,1,4(Sr4)(其中r1、r2、r3、r4为某个具体序号)
以此类推，最后数据会传递给某个与汇聚节点距离一定范围内的节点Ca′,b′,c′(Sr′)，节点Ca′,b′,c′(Sr′)将数据回传给AP。每一个节点都形成了自己的路径{C1,*,*(Sr)，C2,*,*(Sr)…}，其中，*为序号，会根据网络每一回合的情况而变化。
这样，每一个节点形成了一套数据回传路径，距离汇聚节点AP近的节点的数据回传路径包含在距离汇聚节点AP远的节点的路径中。
数据回传至汇聚节点AP后，此轮结束。进行下一轮，汇聚节点AP再播撒能量，节点按照以上规则回传数据。每轮数据回传的路径都在持续变化。如此，可使得每轮数据回传过程中，网络中每个传感器节点都能以最大概率传输有用数据到汇聚节点。
在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。
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