传感器网络的获取方法、装置、设备以及存储介质与流程

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种传感器网络的获取方法、装置、设备以及存储介质。

背景技术：

无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。为了防止数据传输时信道拥塞，传感器节点分为普通节点和簇头节点，普通节点把在感知区域感知到的数据传输到簇头节点，然后把数据信息发送到基站。

基于地理位置的分簇算法，是假设每一个传感器节点的地理位置已知，然后根据k-近邻等方法确定传感器节点的分簇，节点轮流充当簇头。

然而，上述方法会导致在传感器节点密集的地方，簇头管理数量过多的传感器节点，过多的信息量存在着很大的冗余信息，普通节点到簇头节点传输过程，以及簇头节点到基站信息传输，都会引起很高的能量消耗。

因此，如何合理地分配每一个簇中传感器节点的数量是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种传感器网络的获取方法、装置、设备以及存储介质，用以解决在传感器节点密集的地方，簇头管理的传感器节点数量过多的问题。

第一方面，本申请提供一种传感器网路的获取方法，包括：

根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点；

针对每个非中心节点，根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值；

根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点；

根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件；

向中心节点和目标非中心节点发送配置文件，以使中心节点和目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。

可选地，根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值，具体包括：

计算获得多个第二传输距离的中位数；

根据多个第二传输距离的中位数和第一传输距离获得非中心节点的评估值。

可选地，根据多个第二传输距离的中位数和第一传输距离获得非中心节点的评估值，具体包括：

根据第一公式计算获得非中心节点的评估值，其中，第一公式具体包括：

其中，sij表示中心节点i和非中心节点j之间的第一传输距离，表示非中心节点j和非中心节点j的第k个近邻节点之间的第二传输距离，1≤k≤m，m表示非中心节点j的近邻节点的总数，med{}表示取中位数。

可选地，在根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点之前，方法还包括：

针对每个节点簇，若第一传输距离大于最大第二传输距离，则将第一传输距离对应的非中心节点从节点簇中去除；

其中，最大第二传输距离为非中心节点与各个近邻节点之间的第二传输距离中的最大值。

可选地，根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点，具体包括：

若非中心节点的评估值小于预设阈值，则非中心节点为目标非中心节点。

第二方面，本申请提供一种传感器网路的获取装置，装置包括：

获取模块，用于根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点；

获取模块，还用于针对每个非中心节点，根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值；

处理模块，用于根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点；

处理模块，还用于根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件；

发送模块，用于向中心节点和目标非中心节点发送配置文件，以使中心节点和目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。

可选地，获取模块还用于：

计算获得多个第二传输距离的中位数；

根据多个第二传输距离的中位数和第一传输距离获得非中心节点的评估值。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器，处理器；

存储器；用于存储处理器可执行程序的存储器；

处理器，用于根据存储器存储的可执行程序，实现第一方面及可选方案涉及的传感器网路的获取方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行程序，计算机执行程序被处理器执行时用于实现第一方面及可选方案涉及的传感器网路的获取方法。

第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面及可选方案涉及的传感器网路的获取方法。

本申请提供一种传感器网络的获取方法、装置、设备以及存储介质，根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点；根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值；根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点；根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件；向中心节点和目标非中心节点发送配置文件，以使中心节点和目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。合理控制了每个簇中传感器节点的数量，提升了簇内各传感器节点的数据传输能力，提升了传感器网络通信的性能。

附图说明

图1为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取系统的结构示意图；

图2为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取方法的流程示意图；

图3为本申请根据另一示例性实施例示出的传感器网路的获取方法的流程示意图；

图4为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取装置的结构示意图；

图5为本申请根据一示例性实施例示出的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。为了防止数据传输时信道拥塞，传感器节点分为普通节点和簇头节点，普通节点把在感知区域感知到的数据传输到簇头节点，然后通过簇头节点把数据信息发送到基站。

基于地理位置的分簇算法，是假设每一个传感器节点的地理位置已知，然后根据k-近邻等方法确定传感器节点的分簇，节点轮流充当簇头。

然而，上述方法会导致在传感器节点密集的地方，簇头管理数量过多的传感器节点，过多的信息量存在着很大的冗余信息，普通节点到簇头节点传输过程，以及簇头节点到基站信息传输，都会引起很高的能量消耗。

针对上述问题，本申请提出了一种传感器网络的获取方法，获取传感器节点之间的相互近邻关系，对于任意传感器节点i，不仅考虑节点i的多个近邻节点，还考虑了节点i的每个近邻节点的近邻节点，通过对节点i的多个近邻节点的可靠性评估，最终选择可靠性高的若干个近邻节点与节点i共同建立传感器网络的簇。合理控制了每个簇中传感器节点的数量，使簇内各个传感器节点更好地协同工作，提升了簇内各传感器节点的数据传输能力，提升了传感器网络通信的性能。

图1为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的传感器网路的获取系统包括服务器110、目标非中心节点120、中心节点130以及基站140。服务器110和目标非中心节点120之间通信，服务器110和中心节点130之间通信，目标非中心节点120和中心节点130之间通信，目标非中心节点120和基站140之间通信，中心节点130和基站140之间通信。服务器110用于将传感器网络中的所有传感器节点进行分簇，得到分簇结果后生成配置文件发送给簇内所有节点。每个簇有多个目标非中心节点120和一个中心节点130。目标非中心节点120是簇内普通传感器节点，中心节点130是簇头节点。一个中心节点130负责管理多个目标非中心节点120。目标非中心节点120用于收集感知区域内感知到的数据信息，并将数据信息发送至基站140，在向基站140发送数据信息之前，目标非中心节点120向中心节点130询问此时是否可以向基站140发送数据信息。中心节点130根据目标非中心节点120的询问内容，查看基站140传输数据的信道是否被占用；若信道被占用，则通知目标非中心节点120此时不允许向基站140发送数据信息；若信道空闲，则通知目标非中心节点120此时可以向基站140发送数据信息。基站140用于向中心节点130发送传输数据的信道是否空闲的信息，还用于接收目标非中心节点120发送的数据信息，数据信息通过基站以互联网、卫星等方式传送给终端用户。

图2为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取方法的流程示意图。如图2所示，本实施例提供的传感器网路的获取方法基于图1所示传感器网路的获取系统，该传感器网路的获取方法包括如下步骤：

s101、服务器根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点。

更具体地，对所有传感器节点进行聚类获得节点簇的方式为：获取传感器网络中每一个传感器节点的地址位置信息，根据地理位置信息计算得到任意两个传感器节点之间的地理位置距离矩阵，地理位置距离矩阵表示为d。地理位置距离可以为欧式距离。对于任意传感器节点i，通过地理位置距离矩阵d找到n个近邻传感器节点，其中，n为正整数。传感器节点i与n个近邻传感器节点为节点簇。其中，传感器节点i为中心节点，传感器节点i的n个近邻传感器节点为非中心节点。

例如，取n＝5，将传感器节点i与其他传感器节点的地理位置距离由小到大排序，取前5个地理位置距离对应的传感器节点作为传感器节点i的近邻传感器节点。传感器节点i与5个近邻节点组成节点簇。其中，传感器节点i为中心节点，传感器节点i的5个近邻传感器节点为非中心节点。

s102、服务器针对每个非中心节点，根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值。

更具体地，对于中心节点i中任意一个非中心节点j，通过地理位置距离矩阵d找到非中心节点j的m个近邻传感器节点f(j)，其中，m为正整数。第一传输距离是指中心节点i与任意一个非中心节点j之间的接地距离，表示为sij。sij为传感器节点i与传感器节点j之间的空间最短路径。第二传输距离是指非中心节点j与其近邻传感器节点f(j)之间的接地距离，表示为为传感器节点j与其第k个近邻节点之间的空间最短路径，其中，1≤k≤m，由此得到m个第二传输距离。接地距离即空间最短路径可以采用dijkstra算法或floyd算法计算得到。

根据第一传输距离和m个第二传输距离，获得非中心节点j的评估值。非中心节点j的评估值可以为第一传输距离与m个第二传输距离之和，或者，可以为第一传输距离与m个第二传输距离的中位数之和。非中心节点j的评估值用于评估非中心节点j的可靠性。若非中心节点j与中心节点i的之间接地距离很小，且非中心节点j与其近邻节点的接地距离也很小，则评估此非中心节点j的可靠性高；若非中心节点j与中心节点i的之间接地距离很小，但非中心节点j与其近邻节点的接地距离很大，则评估此非中心节点的可靠性低。

中心节点i有n个非中心节点，每个非中心节点有m个近邻节点，计算每个非中心节点的评估值，最终获得n个评估值。

s103、服务器根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点。

更具体地，将所有非中心节点的评估值进行由小到大排序，取前t个评估值对应的传感器节点作为目标非中心节点，其中，1≤t≤n。

例如，取t＝3，选择评估值最小的前3个传感器节点作为目标非中心节点。

s104、服务器根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件。

更具体地，服务器建立传感器网络的一个簇，簇内节点有中心节点i和t个目标非中心节点。根据中心节点i的节点标识和t个目标非中心节点的节点标识生成配置文件。配置文件用于通知中心节点和目标非中心节点簇内各个节点的身份信息和具体分工。

s105、服务器向目标非中心节点发送配置文件，以使目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。

更具体地，t个目标非中心节点根据配置文件确定簇内各个节点，中心节点i为簇头传感器节点，t个目标非中心节点为簇内普通传感器节点。

s106、服务器向中心节点发送配置文件，以使中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。

更具体地，中心节点i根据配置文件确定簇内各个节点，中心节点i为簇头传感器节点，t个目标非中心节点为簇内普通传感器节点。在后续数据传输过程中，普通传感器节点收集感知区域内感知到的数据信息，在向基站发送数据信息之前，向簇头传感器节点询问此时是否可以向基站发送数据信息。若基站传输数据的信道被占用，簇头传感器节点通知普通传感器节点此时不允许向基站发送数据信息；若信道空闲，簇头传感器节点通知普通传感器节点可以向基站发送数据信息。普通传感器节点根据簇头传感器节点的通知内容执行对应操作。

当中心节点失效时，可由簇内目标非中心节点中的任一节点充当新的中心节点，以弥补中心节点失效对传感器网络所造成的影响。

本实施例中步骤s105与步骤s106，并不受所描述的动作顺序的限制，步骤s105与步骤s106可以采用其他顺序或者同时进行。

在本实施例提供的方法中，根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点；根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值；根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点；根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件；向中心节点和目标非中心节点发送配置文件，以使中心节点和目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。合理控制了每个簇中传感器节点的数量，提升了簇内各传感器节点的数据传输能力，提升了传感器网络通信的性能。

图3为本申请根据另一示例性实施例示出的传感器网路的获取方法的流程示意图。如图3所示，本实施例提供的传感器网路的获取方法包括如下步骤：

s201、服务器根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点。

其中，步骤s201与图2实施例中的步骤s101实现方式类似，本实施例此处不再赘述。

s202、服务器针对每个节点簇，若第一传输距离大于最大第二传输距离，则将第一传输距离对应的非中心节点从节点簇中去除，其中，最大第二传输距离为非中心节点与各个近邻节点之间的第二传输距离中的最大值。

更具体地，在一个节点簇中，第一传输距离为中心节点i与任意一个非中心节点j之间的接地距离，表示为sij。第二传输距离为非中心节点j与其近邻传感器节点f(j)之间的接地距离，表示为其中，1≤k≤m，由此得到m个第二传输距离。将m个第二传输距离中的最大值maxsjf(j)与sij比较大小。若sij＞maxsjf(j)，说明节点j与节点f(j)的接地距离更近，节点j不应该作为节点i的近邻节点，因此，将节点j与节点i的距离赋值为∞，将节点j从节点簇中去除。若sij≤maxsjf(j)，说明节点j与节点i的接地距离更近，节点j可以作为节点i的近邻节点。

可选地，从节点簇中去除非中心节点的方式还包括：在地理位置距离矩阵d中，找到中心节点i与任意一个非中心节点j之间的欧式距离dij，找到非中心节点j与m个近邻传感器节点f(j)之间的欧式距离，欧式距离中的最大值maxdjf(j)与dij比较大小。若dij＞maxdjf(j)，将节点j从节点簇中去除。若dij≤maxdjf(j)，将节点j保留在节点簇中。

通过以上去除操作，节点簇中保留了p个节点i的近邻节点，其中，1≤p≤n。

s203、服务器针对每个未被去除的非中心节点，计算获得多个第二传输距离的中位数。

更具体地，未被去除的非中心节点为节点i的p个近邻节点。每个近邻节点有m个近邻节点。获取近邻节点j与其m个近邻节点的第二传输距离，m个第二传输距离集合表示为根据第二传输距离集合，获得第二传输距离的中位数，表示为

s204、服务器根据多个第二传输距离的中位数和第一传输距离获得非中心节点的评估值。

可选地，根据m个第二传输距离的中位数和第一传输距离sij获得非中心节点的评估值，评估值表示为dsij，具体包括：

根据第一公式计算获得非中心节点的评估值，其中，第一公式具体包括：

其中，sij表示中心节点i和非中心节点j之间的第一传输距离，表示非中心节点j和非中心节点j的第k个近邻节点之间的第二传输距离，1≤k≤m，m表示非中心节点j的近邻节点的总数，med{}表示取中位数。

s205、服务器根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点。

更具体地，将所有非中心节点的评估值进行由小到大排序，取前t个评估值对应的传感器节点作为目标非中心节点，其中，1≤t≤n。由于步骤s202去除了不满足条件的非中心节点，可能导致非中心节点个数不足t个。若非中心节点个数不足t个，说明中心节点i需要管理的节点数量过少，节点数量不足无法组成簇，无需执行步骤s206至步骤s208。重新选择其他节点作为中心节点，执行步骤s201。

可选地，若非中心节点的评估值小于预设阈值，则非中心节点为目标非中心节点。

更具体地，预设阈值用于防止出现一个簇内传感器节点数量过多的情况，可以根据实际情况进行设置。当dsij小于预设阈值，则将非中心节点j为目标非中心节点。当dsij大于等于预设阈值，则将非中心节点j不是目标非中心节点。

步骤s206至步骤s208与图2实施例中的步骤s104至步骤s106实现方式类似，本实施例此处不再赘述。

在本实施例提供的方法中，获取任意节点i的多个近邻节点j，获取每个近邻节点j的近邻节点f(j)，计算节点j与节点f(j)的接地距离，利用接地距离中值来衡量节点j与节点f(j)之间的紧密关系。如果节点j与节点f(j)的接地距离中值太大，则节点j不能被选入以节点i为中心节点的目标簇内。在传感器网络中，考虑了传感器节点分布情况，解决了在传感器节点密集的地方簇头管理的节点数量过多的问题，保证了簇中节点数量的合理性。

图4为本申请根据一示例性实施例示出的传感器网路的获取装置的结构示意图。如图4所示，本申请提供一种传感器网路的获取装置40，装置40包括：

获取模块41，用于根据任意两个传感器节点之间地理位置距离对所有传感器节点进行聚类获得节点簇，其中，节点簇包括至少一个非中心节点和一个中心节点；

获取模块41，还用于针对每个非中心节点，根据非中心节点和中心节点之间的第一传输距离，以及非中心节点与其近邻节点之间的第二传输距离获得非中心节点的评估值；

处理模块42，用于根据每个非中心节点的评估值从节点簇中选出目标非中心节点；

处理模块42，还用于根据目标非中心节点的节点标识和中心节点的节点标识生成配置文件；

发送模块43，用于向中心节点和目标非中心节点发送配置文件，以使中心节点和目标非中心节点根据配置文件确定传感器网络的各个节点。

可选地，获取模块41还用于：

计算获得多个第二传输距离的中位数；

根据多个第二传输距离的中位数和第一传输距离获得非中心节点的评估值。

具体地，本实施例可以参见上述方法实施例，其原理和技术效果类似，不再赘述。

图5为本申请根据一示例性实施例示出的电子设备的硬件结构示意图。如图5所示，本实施例的电子设备50包括：处理器51以及存储器52；其中，

存储器52，用于存储处理器可执行程序的存储器；

处理器51，用于根据存储器存储的可执行程序，以实现上述实施例中的传感器网路的获取方法。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。

可选地，存储器52既可以是独立的，也可以跟处理器51集成在一起。

当存储器52独立设置时，该电子设备50还包括总线53，用于连接存储器52和处理器51。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行程序，计算机执行程序被处理器执行时用于实现上述的各种实施方式提供的方法。

其中，计算机可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。例如，计算机可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该计算机可读存储介质读取信息，且可向该计算机可读存储介质写入信息。当然，计算机可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和计算机可读存储介质可以位于专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和计算机可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。

上述计算机可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(staticrandom-accessmemory，sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically-erasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammablereadonlymemory，eprom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，只读存储器(read-onlymemory，rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

本申请还提供一种计算机程序产品，该程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在计算机可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序，至少一个处理器执行该计算机程序使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。