一种用于无线传感器网络的高能效数据采集方法

文档序号:9691662阅读:581来源:国知局
一种用于无线传感器网络的高能效数据采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据采集方法,尤其涉及一种用在无线传感器网络中,通过利用用户移动设备而只激活必要传感器的高能效数据采集方法,属于无线传感网技术领域。
【背景技术】
[0002]当前,无线传感器网络和电信网络的融合成为一个热门研究课题,也成为一种非常流行的用于拓展服务的网络部署解决方案。一方面,电信网络可以通过管控无线传感器网络设备监控或采集数据来扩大应用;另一方面,无线传感器网络可以利用电信网络与其它类型网络分享信息。
[0003]在现有的无线传感器网络中,数据是由传感器收集并通过多跳链路传送的。这一机制将大大提高瓶颈节点的能耗,并将导致网络拓扑不合时宜地被分割甚至瘫痪。为了解决这一问题,移动数据汇聚节点方案被提出来,用于从地理位置上平衡传感器能耗,实现全网的数据采集。这一方案不仅解决了汇聚节点的一跳邻居节点的早死问题,并且也通过将中继数据的责任分配给传感器网络的一部分汇聚节点的方式延长了整个无线传感器网络的寿命。
[0004]在专利号为ZL 201210151192.7的中国发明专利中,公开了一种无线传感器网络中的数据采集方法。该方法在对普通节点构造的二级簇的基础上,对被监测区域进行分区,然后为基站设计了一种合理调度多个数据采集器进行数据采集的方法,达到减少节点的能量消耗并降低数据延迟的目的。普通节点监测到事件时,只需发送一个请求信息给一级簇首,一级簇首通过二级簇首将请求信息传递给基站,然后等待数据采集器来采集数据,减少了数据传输时需要的大量能量,延长了传感器网络的生命周期。
[0005]拥有蜂窝接口的用户移动设备作为移动数据汇聚节点的方案是融合电信网络和无线传感器网络的潜在选项之一。在大多数融合应用中,蜂窝网络实体如用户移动设备作为网关或汇聚节点,被用于无线传感器网络以提供更方便高效的服务。此外,在3GPP(the3rd Generat1n Partnership Pro ject)中,蜂窝网络和毛细管网络(例如无线传感器网络)之间的移动网关已经受到运营商的广泛关注。然而,这种融合也为无线传感器网络带来了挑战,比如更多的控制信令,更繁琐的管理和更复杂的架构等。

【发明内容】

[0006]针对现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于无线传感器网络的高能效数据采集方法。
[0007]为实现上述的发明目的,本发明采用下述的技术方案:
[0008]—种用于无线传感器网络的高能效数据采集方法,所述无线传感器网络用于为用户移动设备进行数据采集,包括如下步骤:
[0009]所述用户移动设备激活其一跳范围内的节点,报告请求当前最高父节点,以请求数据采集协助;
[0010]向进入所述无线传感器网络的所有用户移动设备广播帮助消息;
[0011]候选用户激活其一跳范围内的传感器,并汇报候选当前最高父节点;
[0012]从候选用户中决定必要用户和必要传感器;
[0013]向必要用户广播协助消息以使其协助数据采集。
[0014]其中较优地,还包括如下步骤:
[0015]在所述用户移动设备激活其一跳范围内的节点的步骤之前,维护贬值节点表和增值节点表,
[0016]在所述向必要用户广播协助消息以使其协助数据采集的步骤之后,更新贬值节点表和增值节点表,
[0017]所述贬值节点表和增值节点表存储所述当前最高父节点信息,用于决定所述必要传感器以进行数据采集和传输,以及所述必要用户以对数据传输提供辅助。
[0018]其中较优地,所述从候选用户中决定必要用户和必要传感器的步骤,包括如下步骤:
[0019](41)判断如果所述候选当前最高父节点在拓扑上不是所述请求当前最高父节点的子节点,则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格;如果所述候选当前最高父节点在拓扑上是所述请求当前最高父节点的子节点,则进入下一步;
[0020](42)判断周围的一跳父节点是否为数据收集节点,如果是则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格;如果不是,则进入下一步;
[0021](43)判断从所述一跳父节点到第一个出现的所述候选当前最高父节点是否在孩子分支中存在数据采集节点,如果存在,则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格;如果不存在则进入下一步;
[0022](44)从确定的所述候选当前最高父节点到第一个出现的所述候选当前最高父节点分支是否存在数据采集节点,如果不存在则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格;如果存在则确定所述候选当前最高父节点能够协助进行数据传输。
[0023]其中较优地,所述步骤(41)中,如果所述请求当前最高父节点和所述候选当前最高父节点之间无关系,则所述候选用户被剥夺候选资格;如果所述候选当前最高父节点在拓扑上是所述请求当前最高父节点的父节点,则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格。
[0024]其中较优地,如果所述一跳父节点是数据收集节点,则所述候选当前最高父节点被剥夺候选资格;
[0025]如果所述一跳父节点是数据传输节点,则所述一跳父节点在最初将被激活用来进行数据传输。
[0026]其中较优地,所述必要传感器为从所述一跳父节点向下直到所述第一个出现的所述候选当前父节点的传感器节点。
[0027]与现有技术相比较,本发明所提供的高能效数据采集方法通过协调多用户设备的信息决定哪些必要的用户移动设备辅助数据传输,避免激活传感器来保持它们处于休眠状态以节省能耗,显著降低了无线传感器网络实现数据采集时的能耗。
【附图说明】
[0028]图1为用于实施本发明的一个无线传感器网络的示例图;
[0029]图2为本发明所提供的高能效数据采集方法的流程图;
[0030]图3为确定候选当前最高父节点的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
[0032]在本发明中,发明人提出一种无线传感器网络中利用用户移动设备而只激活必要传感器的高能效数据采集方法。图1是用于实施该高能效数据采集方法的一个无线传感器网络示例。在该无线传感器网络示例中,遵循如下假设:
[0033]1)无线传感器采用ZigBee树形拓扑并采用IEEE 802.15.4协议组网。
[0034]2)无线传感器网络结点的地址分配基于ZigBee协议定义的地址分配机制。
[0035]3)蜂窝网络可识别传感器的地址机制。
[0036]4)所有无线传感器网络结点处于休眠状态。
[0037]5)多个用户设备随机地进入无线传感器网络覆盖区域自由地采集数据。
[0038]6)采集到的数据在一段时间内有效。在此期间,不要重新采集相同数据。
[0039]在图1所示的无线传感器网络示例中,传感器基于树形拓扑组网并且处于休眠状态。多个用户移动设备随机地进入无线传感器网络区域,并且自由地停在任何地方从传感器接收数据。这些传感器是由用户移动设备激活来收集或传送数据并且进入休眠状态,直到再次被激活。基站从用户移动设备接收相关信息,并且实现有选择地决定必要的用户移动设备,使其基于不同运行准则辅助数据传输:
[0040]?基站自己实现前述提出的机制进行决策。
[0041]?由服务器来实现前述提出的机制进行决策。而基站对用户移动设备与服务器之间的信息交互是透明的,仅仅作为转发角色。
[0042]在本发明所提供的高能效数据采集方法中,核心思路在于由蜂窝网络实体、基站或服务器决定必要的用户移动设备进行数据采集和传送信号。蜂窝网络实体、基站或者服务器通过协调多用户移动设备的信息决定哪些必要的用户移动设备来辅助数据传输,从而避免激活传感器来保持它们处于休眠状态以
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