本公開涉及數(shù)據(jù)收集和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的野外感知數(shù)據(jù)高效、自動采集方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork，wsn)得到迅速推廣應(yīng)用。wsn是一種無線網(wǎng)絡(luò)，包括大量靜止或移動的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor)，將感知和采集的數(shù)據(jù)，以自組織和多跳的方式傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)(sinknode)或基站(basestation，bs)。wsn中部署的傳感器節(jié)點(diǎn)具有眾多用途，比如可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象，因此，wsn被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)特別是中藥材種植、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、軍事等領(lǐng)域。

另一方面，wsn的數(shù)據(jù)采集和傳輸尤其是在野外等惡略環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和傳輸面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量(即電池電量)往往有限且一般不具備充電能力，其在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時需要消耗一定的能量，從而在面臨大量數(shù)據(jù)傳輸需求時會迅速耗盡能量而失效，進(jìn)而影響整個wsn網(wǎng)絡(luò)的生存期。其次，一個傳感器節(jié)點(diǎn)在廣播數(shù)據(jù)時往往面臨時刻變化的無線信道質(zhì)量，可能使得提前確定的下一跳節(jié)點(diǎn)無法正常接收數(shù)據(jù)，進(jìn)而需要再次傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增加了能量消耗，延長了數(shù)據(jù)傳輸時延，縮短了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存期。再次，在野外環(huán)境下，人們往往通過移動或固定基站(bs)周期性地收集傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，每次基站(bs)部署的位置可能不同，這導(dǎo)致無法采用提前計(jì)算的數(shù)據(jù)路由策略，進(jìn)而需要動態(tài)自適應(yīng)的數(shù)據(jù)路由策略和方法。因此，研究如何在野外數(shù)據(jù)采集環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效的動態(tài)自適應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方法，以減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)、均衡能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)生存期，具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

從現(xiàn)有的研究成果上看，當(dāng)前的面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集方法一般采用基于分簇的方法和基于能耗均衡的方法。基于分簇的數(shù)據(jù)收集方法首先將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按距離遠(yuǎn)近劃分為若干區(qū)域，在每個區(qū)域中選取一個節(jié)點(diǎn)作為簇頭，簇頭負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集并將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他簇頭，并最終轉(zhuǎn)發(fā)到bs。本方法中區(qū)域的劃分是非常困難的，且簇頭面臨大量的數(shù)據(jù)采集和傳輸任務(wù)，其面臨的傳輸干擾巨大，易導(dǎo)致數(shù)據(jù)重傳次數(shù)增加、能量消耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)。現(xiàn)有基于能耗均衡的方法往往只考慮了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量，一般選擇鄰居節(jié)點(diǎn)中剩余能量較多的節(jié)點(diǎn)，而沒有考慮數(shù)據(jù)采集過程所經(jīng)過的傳輸路徑上的其他節(jié)點(diǎn)的能量消耗，容易使數(shù)據(jù)采集方法陷入局部最優(yōu)而縮短網(wǎng)絡(luò)生存期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本公開首先提供了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集方法，所述方法在野外數(shù)據(jù)采集中充分考慮無線信道質(zhì)量、能量均衡，實(shí)現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)的高效數(shù)據(jù)采集。所述方法包括下述步驟：

s1、接收信道中的消息；若所述消息為基站廣播的第一數(shù)據(jù)請求消息，執(zhí)行步驟s3；若所述消息為第二數(shù)據(jù)請求消息，執(zhí)行步驟s2；若所述消息為感知數(shù)據(jù)消息，執(zhí)行步驟s4；

所述第二數(shù)據(jù)請求消息包括所述第一數(shù)據(jù)請求消息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值；

s2、建立第二數(shù)據(jù)請求消息集合，判斷所述第二數(shù)據(jù)請求消息集合中的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效，并將所有有效的第二數(shù)據(jù)請求消息中的節(jié)點(diǎn)添加到節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，執(zhí)行步驟s3；

所述候選中繼列表中的節(jié)點(diǎn)按照節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值排序；

s3、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否具有數(shù)據(jù)請求消息所請求的感知數(shù)據(jù)；若不具有所請求的感知數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟s6；否則，執(zhí)行步驟s7；

s4、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否在所述感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中；若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在所述感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，執(zhí)行步驟s5；

s5、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表是否為空；若非空，執(zhí)行步驟s7；

s6、構(gòu)造并廣播當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的第二數(shù)據(jù)請求消息；

s7、構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息并廣播；

所述感知數(shù)據(jù)消息包括基站所請求的感知數(shù)據(jù)以及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表。

針對上述方法，其中，所述步驟s7在廣播感知數(shù)據(jù)消息的同時，還包括下述步驟：

s701、在構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息的節(jié)點(diǎn)上，設(shè)置并啟動所述感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的廣播計(jì)時器；

s702、監(jiān)聽感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息；若監(jiān)聽到感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息，執(zhí)行步驟s703；否則，執(zhí)行步驟s704；

s703、停止所述廣播計(jì)時器計(jì)時；

s704、判斷所述廣播計(jì)時器計(jì)時是否結(jié)束；若所述廣播計(jì)時器計(jì)時結(jié)束；執(zhí)行步驟s705；

s705、重新廣播所述感知數(shù)據(jù)消息并重啟所述廣播計(jì)時器；返回步驟s702。

針對上述方法，其中，所述步驟s2中的判斷包括下述步驟：

將發(fā)送第二數(shù)據(jù)請求消息的節(jié)點(diǎn)記作第一節(jié)點(diǎn)，將接收該第二數(shù)據(jù)請求消息的節(jié)點(diǎn)記作第二節(jié)點(diǎn)；

若所述第二節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離大于所述第一節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離，則所述第二節(jié)點(diǎn)收到的第二數(shù)據(jù)請求消息被認(rèn)為有效。

針對上述方法，其中，所述步驟s7在廣播感知數(shù)據(jù)消息之前，還包括下述步驟：

s711、啟動當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的任務(wù)計(jì)時器；

s712、在所述任務(wù)計(jì)時器處于終止時間時，將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表加入到接收的感知數(shù)據(jù)消息中。

針對上述方法，其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算方法如下：

(i)若要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)是作為基站的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算式為式(1)；

(ii)若要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)不是作為基站的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算式為式(2)；

式(1)中：

e表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的剩余能量，e表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的初始總能量；

d′為要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)與作為基站的節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行歸一化處理后的值，d′∈[0，1.0]；

α表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的剩余能量在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，α∈[0，1.0]；

c表示轉(zhuǎn)發(fā)能力值，c∈[0，1.0]；

式(2)中：

v表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)；

ev表示節(jié)點(diǎn)v的剩余能量，e表示節(jié)點(diǎn)v的初始總能量；

d′v表示節(jié)點(diǎn)v與基站之間的距離進(jìn)行歸一化處理后的值；

α表示節(jié)點(diǎn)v的剩余能量在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，α∈[0，1.0]；

β表示節(jié)點(diǎn)v與基站的距離在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，β∈[0，1.0]；

γ表示節(jié)點(diǎn)v的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)能力的折扣因子，γ∈[0，1.0]；

vi表示第i個有效的第二數(shù)據(jù)請求消息所對應(yīng)的廣播節(jié)點(diǎn)；

表示第i個有效的第二數(shù)據(jù)請求消息所對應(yīng)的廣播節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值；

cv表示節(jié)點(diǎn)v的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，cv∈[0，1.0]。

針對上述方法，其中，所述感知數(shù)據(jù)消息在發(fā)送節(jié)點(diǎn)上對應(yīng)的廣播計(jì)時器設(shè)置的時間長度大于其在接收節(jié)點(diǎn)上對應(yīng)的任務(wù)計(jì)時器設(shè)置的時間長度；

且所述感知數(shù)據(jù)消息在節(jié)點(diǎn)上設(shè)置的廣播計(jì)時器或任務(wù)計(jì)時器的時間長度與該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力相關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)能力越強(qiáng)，該節(jié)點(diǎn)設(shè)置的廣播計(jì)時器或任務(wù)計(jì)時器的時間長度越短。

針對上述方法，其中，所述方法還包括下述步驟：

s0、當(dāng)節(jié)點(diǎn)為基站時，廣播第一數(shù)據(jù)請求消息。

針對上述方法，其中，在步驟s0之后，還包括下述步驟：

s0’、設(shè)置感知數(shù)據(jù)消息的接收時間，若在所述接收時間內(nèi)未收到所述感知數(shù)據(jù)消息，則廣播數(shù)據(jù)停止采集消息；

所述數(shù)據(jù)停止采集消息包括一個用于節(jié)點(diǎn)的休眠時間長度。

針對上述方法，其中，所述步驟s1中的消息還包括所述數(shù)據(jù)停止采集消息；

當(dāng)接收的消息為所述數(shù)據(jù)停止采集消息，則執(zhí)行下述步驟：

s12、廣播所述數(shù)據(jù)停止采集消息，然后按所述數(shù)據(jù)停止采集消息中的休眠時間長度進(jìn)行休眠。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下述優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明方法考慮了一個傳感器節(jié)點(diǎn)與接收基站的距離及自身剩余能量，并且考慮了該節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)的個數(shù)和轉(zhuǎn)發(fā)能力值，以及數(shù)據(jù)采集過程中本節(jié)點(diǎn)的后續(xù)傳輸路徑上的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，將這些因素進(jìn)行綜合計(jì)算，作為該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，從而可以準(zhǔn)確度量該節(jié)點(diǎn)作為候選節(jié)點(diǎn)的能力，進(jìn)而使得本方法可以有效均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，提高網(wǎng)絡(luò)生存期。

2)本發(fā)明方法考慮了無線信道質(zhì)量對數(shù)據(jù)接收率的影響，在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時根據(jù)無線信道質(zhì)量動態(tài)確定下一跳中繼節(jié)點(diǎn)，可有效減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)投遞率并延長網(wǎng)絡(luò)生存期。

其次，針對上述方法，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，具體為：所述節(jié)點(diǎn)使用上述方法進(jìn)行消息廣播或消息接收。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述無效傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在考慮了自身與基站的距離、自身剩余能量、自身所具有的候選中繼節(jié)點(diǎn)個數(shù)的基礎(chǔ)上得到了準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，因此可以有效均衡其所在的無效傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，提高網(wǎng)絡(luò)生存期。節(jié)點(diǎn)考慮了無線信道質(zhì)量對數(shù)據(jù)接收率的影響，通過采用計(jì)時器來動態(tài)的確定下一跳的中繼節(jié)點(diǎn)，有效地減少數(shù)據(jù)重傳次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)投遞率并延長網(wǎng)絡(luò)生存期。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例中基于傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法流程圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例中的野外數(shù)據(jù)采集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量有限，在面臨大量數(shù)據(jù)傳輸需求時會迅速耗盡能量而失效，進(jìn)而影響整個wsn網(wǎng)絡(luò)的生存期，提出了適用于使用野外部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法。所述方法包括下述主要步驟：

s1、接收信道中的消息；若所述消息為第一數(shù)據(jù)請求消息，執(zhí)行步驟s3；若所述消息為第二數(shù)據(jù)請求消息，執(zhí)行步驟s2；若所述消息為感知數(shù)據(jù)消息，執(zhí)行步驟s4；

所述第二數(shù)據(jù)請求消息包括所述第一數(shù)據(jù)請求消息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值；

s2、建立第二數(shù)據(jù)請求消息集合，判斷所述第二數(shù)據(jù)請求消息集合中的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效，并將所有有效的第二數(shù)據(jù)請求消息中的節(jié)點(diǎn)添加到節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，執(zhí)行步驟s3；

所述候選中繼列表中的節(jié)點(diǎn)按照節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值排序；

s3、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否具有數(shù)據(jù)請求消息所請求的感知數(shù)據(jù)；若不具有所請求的感知數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟s6；否則，執(zhí)行步驟s7；

s4、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否在所述感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中；若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在所述感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，執(zhí)行步驟s5；

s5、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表是否為空；若非空，執(zhí)行步驟s7；

s6、構(gòu)造并廣播當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的第二數(shù)據(jù)請求消息；

s7、構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息并廣播；

所述感知數(shù)據(jù)消息包括基站所請求的感知數(shù)據(jù)以及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表。

在這個實(shí)施例中，所述方法描述了在野外數(shù)據(jù)采集過程中，一個節(jié)點(diǎn)收到一個消息時的相關(guān)操作。所述方法中涉及的節(jié)點(diǎn)可以是進(jìn)行感知數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點(diǎn)，也可以是基站。

在所述方法中，若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是基站，則所述方法還包括：廣播第一請求消息。優(yōu)選的，在基站上設(shè)置感知數(shù)據(jù)消息的接收時間，若在所述接收時間內(nèi)未收到所述感知數(shù)據(jù)消息，則廣播數(shù)據(jù)停止采集消息；所述數(shù)據(jù)停止采集消息包括一個用于節(jié)點(diǎn)的休眠時間長度。而對于不是基站的節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)接收的消息為所述數(shù)據(jù)停止采集消息，則執(zhí)行下述步驟：

s12、廣播所述數(shù)據(jù)停止采集消息，然后按數(shù)據(jù)停止采集消息中的休眠時間長度進(jìn)行休眠。

前述或以下實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，其中，所述第二數(shù)據(jù)請求消息包括節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離。所述距離用于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，也可以用來判斷一個節(jié)點(diǎn)收到的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效。對于判斷收到的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效，可以使用其它方法判斷。

當(dāng)使用距離進(jìn)行判斷一個節(jié)點(diǎn)收到的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效時，具體地，所述判斷包括下述步驟：

將發(fā)送第二數(shù)據(jù)請求消息的節(jié)點(diǎn)記作第一節(jié)點(diǎn)，將接收該第二數(shù)據(jù)請求消息的節(jié)點(diǎn)記作第二節(jié)點(diǎn)；

若所述第二節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離大于所述第一節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離，則所述第二節(jié)點(diǎn)收到的第二數(shù)據(jù)請求消息被認(rèn)為有效。

候選中繼列表中的節(jié)點(diǎn)可以有多種確定優(yōu)先級的方法，比如單純的距離、剩余能量、鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)等，這里給出一種優(yōu)選的方法，所述候選中繼列表中的節(jié)點(diǎn)按照其轉(zhuǎn)發(fā)能力值確定優(yōu)先級。

前述或以下實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算方法如下：

(i)若要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)是作為基站的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算式為式(1)；

(ii)若要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)不是作為基站的節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算式為式(2)；

式(1)中：

e表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的剩余能量，e表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的初始總能量；

d′為要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)與作為基站的節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行歸一化處理后的值，d′∈[0，1.0]；

α表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)的剩余能量在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，α∈[0，1.0]；

c表示轉(zhuǎn)發(fā)能力值，c∈[0，1.0]；

式(2)中：

v表示要計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值的節(jié)點(diǎn)；

ev表示節(jié)點(diǎn)v的剩余能量，e表示節(jié)點(diǎn)v的初始總能量；

d′v表示節(jié)點(diǎn)v與基站之間的距離進(jìn)行歸一化處理后的值；

α表示節(jié)點(diǎn)v的剩余能量在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，α∈[0，1.0]；

β表示節(jié)點(diǎn)v與基站的距離在轉(zhuǎn)發(fā)能力值中所占的權(quán)重，β∈[0，1.0]；

γ表示節(jié)點(diǎn)v的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)能力的折扣因子，γ∈[0，1.0]；

vi表示第i個有效的第二數(shù)據(jù)請求消息所對應(yīng)的廣播節(jié)點(diǎn)；

表示第i個有效的第二數(shù)據(jù)請求消息所對應(yīng)的廣播節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值；

cv表示節(jié)點(diǎn)v的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，cv∈[0，1.0]。

優(yōu)選的，將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與作為基站的節(jié)點(diǎn)之間的距離記錄在第二數(shù)據(jù)請求消息中，以方便計(jì)算。

使用轉(zhuǎn)發(fā)能力值來確定候選中繼列表，使得本發(fā)明方法無需提前計(jì)算最優(yōu)數(shù)據(jù)采集路徑。在轉(zhuǎn)發(fā)能力值的計(jì)算過程中，考慮了節(jié)點(diǎn)與接收基站的距離及自身剩余能量，并且考慮了該節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，每個候選中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，以及數(shù)據(jù)采集過程中本節(jié)點(diǎn)的后續(xù)傳輸路徑上的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，將這些因素進(jìn)行了綜合計(jì)算，因而可以準(zhǔn)確度量該節(jié)點(diǎn)作為候選中繼節(jié)點(diǎn)的能力。整個計(jì)算過程所需的計(jì)算步驟、傳輸數(shù)據(jù)量和存儲數(shù)據(jù)量都較小，更適合應(yīng)用于資源受限的傳感器設(shè)備。

優(yōu)選的，將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值記錄在第二數(shù)據(jù)請求消息中，以方便在構(gòu)造候選中繼節(jié)點(diǎn)列表時，對候選中繼節(jié)點(diǎn)排序。

前述或以下實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，進(jìn)一步通過設(shè)置廣播計(jì)時器來控制重新廣播感知數(shù)據(jù)消息的時間，所述步驟s7在廣播感知數(shù)據(jù)消息的同時，還包括下述步驟：

s701、在構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息的節(jié)點(diǎn)上，設(shè)置并啟動所述感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的廣播計(jì)時器；

s702、監(jiān)聽感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息；若監(jiān)聽到感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息，執(zhí)行步驟s703；否則，執(zhí)行步驟s704；

s703、停止所述廣播計(jì)時器計(jì)時；

s704、判斷所述廣播計(jì)時器計(jì)時是否結(jié)束；若所述廣播計(jì)時器計(jì)時結(jié)束；執(zhí)行步驟s705；

s705、重新廣播所述感知數(shù)據(jù)消息并重啟所述廣播計(jì)時器；返回步驟s702。

前述或以下實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，進(jìn)一步通過設(shè)置任務(wù)計(jì)時器來控制節(jié)點(diǎn)收到感知數(shù)據(jù)消息發(fā)送時間，以確保轉(zhuǎn)發(fā)感知數(shù)據(jù)消息的節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)，即所述步驟s7在廣播感知數(shù)據(jù)消息之前，還包括下述步驟：

s711、啟動當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的任務(wù)計(jì)時器；

s712、在所述任務(wù)計(jì)時器處于終止時間時，將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表加入到接收的感知數(shù)據(jù)消息中。

本公開的另一方面，針對前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)采用上述方法廣播消息和接收消息。

圖1提供了一種完備的數(shù)據(jù)采集方法，其包括前述方法步驟。對于前述未給出的操作，比如若接收的第二數(shù)據(jù)請求消息無效的處理，在圖1中為丟棄無效的第二數(shù)據(jù)請求消息，或者不處理。這些圖1中給出的前述方法中未給出的操作，可以有其它的方式處理，并不是必須按照圖1這樣處理。

在一個實(shí)施例中，提供了一種節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)主要采用圖1所示的方法廣播消息和接收消息。所述節(jié)點(diǎn)包括基站。根據(jù)圖1，同一節(jié)點(diǎn)接收不同消息，具有不同的操作。將方法應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)時，可以區(qū)別節(jié)點(diǎn)的類型，比如基站、基站的鄰居節(jié)點(diǎn)、不是基站的鄰居節(jié)點(diǎn)，不同類型的節(jié)點(diǎn)接收其能力范圍內(nèi)的消息，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。但是，為了方便部署，且在野外工作時，不因某個類型的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法采集，可以優(yōu)選使每個節(jié)點(diǎn)都具有處理不同消息的能力。

下面根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型闡述不同類型的節(jié)點(diǎn)可能具有的操作，所述操作中的主要部分已經(jīng)在圖1中體現(xiàn)，為了清楚，還包括圖1中未表達(dá)的內(nèi)容。

1、基站

(1.1)基站廣播第一數(shù)據(jù)請求消息。

(1.2)若所述基站在設(shè)定時間內(nèi)未收到所請求的數(shù)據(jù)，則基站廣播對該數(shù)據(jù)停止采集的消息。

(1.3)若所述基站收到所請求的數(shù)據(jù)，則基站廣播收到所請求數(shù)據(jù)的確認(rèn)消息。

2、基站的鄰居節(jié)點(diǎn)

(2.1)若節(jié)點(diǎn)收到基站廣播的第一數(shù)據(jù)請求消息，若所述節(jié)點(diǎn)沒有所請求的數(shù)據(jù)，則計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)能力值，并構(gòu)造并廣播第二數(shù)據(jù)請求消息；其中，所述第二數(shù)據(jù)請求消息包括所述第一數(shù)據(jù)請求消息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)標(biāo)識、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與基站的距離，以及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值。若所述節(jié)點(diǎn)有所請求的數(shù)據(jù)，則將構(gòu)造包含該數(shù)據(jù)的感知數(shù)據(jù)消息，發(fā)給基站，基站收到該感知數(shù)據(jù)消息后，取出數(shù)據(jù)，廣播收到所請求數(shù)據(jù)的確認(rèn)消息。

(2.2)若節(jié)點(diǎn)收到感知數(shù)據(jù)消息，若其不在該感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，或者已經(jīng)存儲過感知數(shù)據(jù)，則不處理或者丟棄接收的感知數(shù)據(jù)消息。若其在該感知數(shù)據(jù)消息的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中，且沒有存儲該感知數(shù)據(jù)消息中的感知數(shù)據(jù)，則存儲所述感知數(shù)據(jù)。啟動任務(wù)計(jì)時器，在任務(wù)計(jì)時器處于終止時間時，構(gòu)造包含感知數(shù)據(jù)的感知數(shù)據(jù)消息并廣播。同時啟動廣播計(jì)時器，監(jiān)聽該節(jié)點(diǎn)廣播的感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息，若在監(jiān)聽過程中，所述廣播計(jì)時器計(jì)時結(jié)束，則重新廣播所述感知數(shù)據(jù)消息并重啟所述廣播計(jì)時器；直至監(jiān)聽到所述感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息。由于是基站的鄰居節(jié)點(diǎn)，其廣播的感知數(shù)據(jù)消息的接收對象是基站，因此也可以約定其廣播的感知數(shù)據(jù)消息只有感知數(shù)據(jù)。但為了和其它不是基站的鄰居節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)消息形式統(tǒng)一，所述感知數(shù)據(jù)消息包含所請求的感知數(shù)據(jù)和空的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表。在這種情況下，節(jié)點(diǎn)部署時不需要區(qū)分是否為基站的鄰居節(jié)點(diǎn)。

(2.3)若節(jié)點(diǎn)收到對該數(shù)據(jù)停止采集消息，則廣播該消息，進(jìn)入休眠狀態(tài)。若節(jié)點(diǎn)此時有該數(shù)據(jù)的感知數(shù)據(jù)消息，在進(jìn)入休眠狀態(tài)之前，先停止并刪除該感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的計(jì)時器，然后丟棄該感知數(shù)據(jù)消息。

3、不是基站的鄰居節(jié)點(diǎn)

(3.1)若節(jié)點(diǎn)收到第二數(shù)據(jù)請求消息，首先，判斷所述第二數(shù)據(jù)請求消息是否收到過。若收到過，則丟棄。若沒收到過，則判斷所述第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效。若無效，則丟棄；若有效，建立第二數(shù)據(jù)請求消息集合，判斷所述第二數(shù)據(jù)請求消息集合中的第二數(shù)據(jù)請求消息是否有效，并將所有有效的第二數(shù)據(jù)請求消息中的節(jié)點(diǎn)添加到節(jié)點(diǎn)上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表中。其次，判斷自身是否有所請求的數(shù)據(jù)，若沒有，則計(jì)算自身的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，構(gòu)造自身的第二數(shù)據(jù)請求消息并廣播。若有所請求的數(shù)據(jù)，則構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息并廣播。在廣播的同時，啟動節(jié)點(diǎn)上該數(shù)據(jù)包對應(yīng)的廣播計(jì)時器，監(jiān)聽該節(jié)點(diǎn)廣播的感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息，若在監(jiān)聽過程中，所述廣播計(jì)時器計(jì)時結(jié)束，則重新廣播所述感知數(shù)據(jù)消息并重啟所述廣播計(jì)時器；直至監(jiān)聽到所述感知數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)消息。

(3.2)若節(jié)點(diǎn)收到感知數(shù)據(jù)消息，相應(yīng)操作同(2.2)。

(3.3)若節(jié)點(diǎn)收到對該數(shù)據(jù)停止采集消息，相應(yīng)操作同(2.3)。

若節(jié)點(diǎn)收到重復(fù)的第一數(shù)據(jù)請求消息、或者重復(fù)的第二數(shù)據(jù)請求消息、或者自己廣播的第二數(shù)據(jù)請求消息，則丟棄這些數(shù)據(jù)請求消息。

針對前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)方法，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)采用上述方法進(jìn)行消息廣播。

下面實(shí)施例中結(jié)合附圖1-2闡述本公開的方法。

在這個實(shí)施例中涉及的通用參數(shù)的取值如下：α＝0.4，β＝0.2，γ＝0.3，e＝500。

計(jì)時器設(shè)置時間長度時遵照下述原則：

(i)所述感知數(shù)據(jù)消息在發(fā)送節(jié)點(diǎn)上對應(yīng)的廣播計(jì)時器設(shè)置的時間長度大于其在接收節(jié)點(diǎn)上對應(yīng)的任務(wù)計(jì)時器設(shè)置的時間長度；

(ii)且所述感知數(shù)據(jù)消息在節(jié)點(diǎn)上設(shè)置的廣播計(jì)時器或任務(wù)計(jì)時器的時間長度與該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力相關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)能力越強(qiáng)，該節(jié)點(diǎn)設(shè)置的廣播計(jì)時器或任務(wù)計(jì)時器的時間長度越短。

在這個實(shí)施例中：

若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)接收感知數(shù)據(jù)消息，在該節(jié)點(diǎn)上，感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的任務(wù)計(jì)時器的時間長度依照下述公式設(shè)定：

(k-1)×τ(3)

式(3)中：k為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在候選中繼節(jié)點(diǎn)列表上的位置，k為大于等于1的自然數(shù)；τ為正整數(shù)。

若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)發(fā)送感知數(shù)據(jù)消息，在該節(jié)點(diǎn)上，感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的廣播計(jì)時器的時間長度依照下述公式設(shè)定：

(l-1)×τ+τ′(4)

式(4)中：τ為正整數(shù)，τ′是小于τ的正整數(shù)，l為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在候選中繼節(jié)點(diǎn)列表的位置。

通過公式(3)可以看出，若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在候選節(jié)點(diǎn)列表的第一個位置，即k為1，則該節(jié)點(diǎn)將自身節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表與所請求的數(shù)據(jù)構(gòu)成感知數(shù)據(jù)消息，并廣播該感知數(shù)據(jù)消息，設(shè)置該感知數(shù)據(jù)消息所對應(yīng)的廣播計(jì)時器。

在這個實(shí)施例中，設(shè)定τ的值20，τ′的值為5。

根據(jù)圖1的活動圖，圖2中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)的過程如下：

基站bs廣播第一數(shù)據(jù)請求消息，將該第一數(shù)據(jù)請求消息設(shè)為r。由于距離因素，只有節(jié)點(diǎn)v12，v13，v14和v15收到了第一數(shù)據(jù)請求消息r，這些節(jié)點(diǎn)分別按照公式(1)計(jì)算自身節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，將這些攜帶的轉(zhuǎn)發(fā)能力值相應(yīng)的記作和

將節(jié)點(diǎn)v12的剩余能量記作此時值為450，將節(jié)點(diǎn)v12與基站的距離進(jìn)行歸一化處理后的值為0.05，即：計(jì)算節(jié)點(diǎn)v12的轉(zhuǎn)發(fā)能力值如下：

同理，可以計(jì)算節(jié)點(diǎn)v13，v14和v15的轉(zhuǎn)發(fā)能力值和假設(shè)計(jì)算結(jié)果分別為

節(jié)點(diǎn)v12構(gòu)造第二數(shù)據(jù)請求消息并廣播第二數(shù)據(jù)請求消息同理，節(jié)點(diǎn)v13，v14和v15分別構(gòu)造各自新的第二數(shù)據(jù)請求消息并分別廣播第二數(shù)據(jù)請求消息

若節(jié)點(diǎn)v12，v13，v14和v15再次接收到第一數(shù)據(jù)請求消息r，則丟棄，以避免對數(shù)據(jù)請求消息的多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，避免了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)廣播風(fēng)暴，也在一定程度上節(jié)省了能量消耗，從而有利于延長網(wǎng)絡(luò)生存期。

節(jié)點(diǎn)v11收到周圍鄰居節(jié)點(diǎn)v12和v15廣播的第二數(shù)據(jù)請求消息，將節(jié)點(diǎn)v11自身與基站之間的距離和節(jié)點(diǎn)v12與基站之間的距離進(jìn)行比較，判斷節(jié)點(diǎn)v12廣播的第二數(shù)據(jù)請求消息有效；同理，判斷節(jié)點(diǎn)v15廣播的第二數(shù)據(jù)請求消息有效。

節(jié)點(diǎn)v11分別獲取有效的第二數(shù)據(jù)請求消息中的節(jié)點(diǎn)v12、v15，按照節(jié)點(diǎn)v12、v15的轉(zhuǎn)發(fā)能力值進(jìn)行排序構(gòu)造候選中繼節(jié)點(diǎn)列表。在本實(shí)施例中按照轉(zhuǎn)發(fā)能力值從大到小的順序，并將節(jié)點(diǎn)v11上的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表記作也可以從小到大排序。

節(jié)點(diǎn)v11按照公式(2)計(jì)算本節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力值若此時節(jié)點(diǎn)v11的剩余能量e11的值為370，其與基站之間的距離進(jìn)行歸一化后的值為0.1，則節(jié)點(diǎn)v11轉(zhuǎn)發(fā)能力值計(jì)算如下：

節(jié)點(diǎn)v11構(gòu)造并廣播第二數(shù)據(jù)請求消息

其它收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的第二數(shù)據(jù)請求消息的節(jié)點(diǎn)，若其沒有所請求的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相同的操作，直至最終所有節(jié)點(diǎn)都計(jì)算得出自己的轉(zhuǎn)發(fā)能力值，并確定了周圍鄰居節(jié)點(diǎn)作為候選中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先關(guān)系(即構(gòu)造出了候選中繼節(jié)點(diǎn)列表)。

在這個實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)v7有基站所請求的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)記作d7。當(dāng)節(jié)點(diǎn)v7收到第二數(shù)據(jù)請求消息后，構(gòu)造了候選中繼節(jié)點(diǎn)列表在這個實(shí)施例中，候選中繼節(jié)點(diǎn)列表具體為節(jié)點(diǎn)v7構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息，將該感知數(shù)據(jù)消息記作p7，將其構(gòu)造的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表加入到感知數(shù)據(jù)消息p7中，p7＝((v12，v11，v10，v8)，d7)。

節(jié)點(diǎn)v7廣播所構(gòu)造的感知數(shù)據(jù)消息p7，感知數(shù)據(jù)消息p7中候選中繼節(jié)點(diǎn)列表長度為4，根據(jù)公式(4)計(jì)算啟動該感知數(shù)據(jù)消息p7所對應(yīng)的廣播計(jì)時器的值為(4-1)×20+5＝65。

當(dāng)感知數(shù)據(jù)消息p7所對應(yīng)的廣播計(jì)時器減小到0時，則重新廣播感知數(shù)據(jù)消息p7，并重新啟動廣播計(jì)時器。

因無線信道質(zhì)量和穩(wěn)定性等影響，假設(shè)節(jié)點(diǎn)v7的鄰居節(jié)點(diǎn)中只有節(jié)點(diǎn)v3，v5，v11和v8共計(jì)4個節(jié)點(diǎn)收到了節(jié)點(diǎn)v7廣播的感知數(shù)據(jù)消息p7。由于節(jié)點(diǎn)v11和v8判斷該感知數(shù)據(jù)消息為首次接收且其在數(shù)據(jù)包的候選節(jié)點(diǎn)列表中，因此節(jié)點(diǎn)v11和v8分別根據(jù)其在候選節(jié)點(diǎn)列表中的自然數(shù)位置2和4，分別設(shè)置該感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的任務(wù)計(jì)時器的值為20和60，并開始計(jì)時。由于節(jié)點(diǎn)v3，v5判斷自身節(jié)點(diǎn)不在新接收到的感知數(shù)據(jù)消息p7所列出的候選節(jié)點(diǎn)列表中，因此節(jié)點(diǎn)v3，v5丟棄感知數(shù)據(jù)消息p7。

節(jié)點(diǎn)v11中感知數(shù)據(jù)消息p7對應(yīng)的計(jì)時器首先減小到0，此時，節(jié)點(diǎn)v11優(yōu)選先構(gòu)造并廣播針對感知數(shù)據(jù)消息p7的確認(rèn)消息，再構(gòu)造感知數(shù)據(jù)消息p11。然后將自身節(jié)點(diǎn)的候選中繼節(jié)點(diǎn)列表加入到數(shù)據(jù)包p11中，即p11＝((v15，v12)，d7)，廣播感知數(shù)據(jù)消息p11，設(shè)置該感知數(shù)據(jù)消息p11所對應(yīng)的廣播計(jì)時器，并開始計(jì)時。

節(jié)點(diǎn)v7收到對感知數(shù)據(jù)消息p7的確認(rèn)消息，停止并刪除針對感知數(shù)據(jù)消息p7的廣播計(jì)時器，同時丟棄感知數(shù)據(jù)消息p7。在這個實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)v11收到節(jié)點(diǎn)v12廣播的關(guān)于感知數(shù)據(jù)消息p11的確認(rèn)消息時，停止并刪除針對感知數(shù)據(jù)消息p11的廣播計(jì)時器，同時丟棄感知數(shù)據(jù)消息p11。當(dāng)感知數(shù)據(jù)消息p11在節(jié)點(diǎn)v12上對應(yīng)的任務(wù)計(jì)時器為0時，構(gòu)造包含數(shù)據(jù)d7的感知數(shù)據(jù)消息p12并廣播，同時啟動該感知數(shù)據(jù)消息對應(yīng)的廣播計(jì)時器，基站接收到該感知數(shù)據(jù)消息p12，從感知數(shù)據(jù)消息p12中取出數(shù)據(jù)，并廣播對該感知數(shù)據(jù)消息p12的確認(rèn)消息。節(jié)點(diǎn)v12停止并刪除針對感知數(shù)據(jù)消息p12的廣播計(jì)時器，同時丟棄感知數(shù)據(jù)消息p12。

采用這種方式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以快速清除無需轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，從而減少數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，減少能量消耗，增加網(wǎng)絡(luò)生存期。

以上對本公開進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本公開的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本公開的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，依據(jù)本公開的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本公開的限制。