一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集方法，尤其涉及一種用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通過利用用戶移動(dòng)設(shè)備而只激活必要傳感器的高能效數(shù)據(jù)采集方法，屬于無線傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)的融合成為一個(gè)熱門研究課題，也成為一種非常流行的用于拓展服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)部署解決方案。一方面，電信網(wǎng)絡(luò)可以通過管控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控或采集數(shù)據(jù)來擴(kuò)大應(yīng)用；另一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以利用電信網(wǎng)絡(luò)與其它類型網(wǎng)絡(luò)分享信息。
[0003]在現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)是由傳感器收集并通過多跳鏈路傳送的。這一機(jī)制將大大提高瓶頸節(jié)點(diǎn)的能耗，并將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓蠒r(shí)宜地被分割甚至癱瘓。為了解決這一問題，移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)方案被提出來，用于從地理位置上平衡傳感器能耗，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集。這一方案不僅解決了匯聚節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的早死問題，并且也通過將中繼數(shù)據(jù)的責(zé)任分配給傳感器網(wǎng)絡(luò)的一部分匯聚節(jié)點(diǎn)的方式延長(zhǎng)了整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。
[0004]在專利號(hào)為ZL 201210151192.7的中國(guó)發(fā)明專利中，公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)采集方法。該方法在對(duì)普通節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的二級(jí)簇的基礎(chǔ)上，對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，然后為基站設(shè)計(jì)了一種合理調(diào)度多個(gè)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，達(dá)到減少節(jié)點(diǎn)的能量消耗并降低數(shù)據(jù)延遲的目的。普通節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到事件時(shí)，只需發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信息給一級(jí)簇首，一級(jí)簇首通過二級(jí)簇首將請(qǐng)求信息傳遞給基站，然后等待數(shù)據(jù)采集器來采集數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要的大量能量，延長(zhǎng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
[0005]擁有蜂窩接口的用戶移動(dòng)設(shè)備作為移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的方案是融合電信網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛在選項(xiàng)之一。在大多數(shù)融合應(yīng)用中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)體如用戶移動(dòng)設(shè)備作為網(wǎng)關(guān)或匯聚節(jié)點(diǎn)，被用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以提供更方便高效的服務(wù)。此外，在3GPP(the3rd Generat1n Partnership Pro ject)中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)(例如無線傳感器網(wǎng)絡(luò))之間的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)已經(jīng)受到運(yùn)營(yíng)商的廣泛關(guān)注。然而，這種融合也為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來了挑戰(zhàn)，比如更多的控制信令，更繁瑣的管理和更復(fù)雜的架構(gòu)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效數(shù)據(jù)采集方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0008]—種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效數(shù)據(jù)采集方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于為用戶移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括如下步驟:
[0009]所述用戶移動(dòng)設(shè)備激活其一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，報(bào)告請(qǐng)求當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)，以請(qǐng)求數(shù)據(jù)采集協(xié)助；
[0010]向進(jìn)入所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有用戶移動(dòng)設(shè)備廣播幫助消息；
[0011]候選用戶激活其一跳范圍內(nèi)的傳感器，并匯報(bào)候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)；
[0012]從候選用戶中決定必要用戶和必要傳感器；
[0013]向必要用戶廣播協(xié)助消息以使其協(xié)助數(shù)據(jù)采集。
[0014]其中較優(yōu)地，還包括如下步驟:
[0015]在所述用戶移動(dòng)設(shè)備激活其一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的步驟之前，維護(hù)貶值節(jié)點(diǎn)表和增值節(jié)點(diǎn)表，
[0016]在所述向必要用戶廣播協(xié)助消息以使其協(xié)助數(shù)據(jù)采集的步驟之后，更新貶值節(jié)點(diǎn)表和增值節(jié)點(diǎn)表，
[0017]所述貶值節(jié)點(diǎn)表和增值節(jié)點(diǎn)表存儲(chǔ)所述當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)信息，用于決定所述必要傳感器以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，以及所述必要用戶以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸提供輔助。
[0018]其中較優(yōu)地，所述從候選用戶中決定必要用戶和必要傳感器的步驟，包括如下步驟:
[0019](41)判斷如果所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)在拓?fù)渖喜皇撬稣?qǐng)求當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格;如果所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)在拓?fù)渖鲜撬稣?qǐng)求當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入下一步；
[0020](42)判斷周圍的一跳父節(jié)點(diǎn)是否為數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)，如果是則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格;如果不是，則進(jìn)入下一步；
[0021](43)判斷從所述一跳父節(jié)點(diǎn)到第一個(gè)出現(xiàn)的所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)是否在孩子分支中存在數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，如果存在，則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格;如果不存在則進(jìn)入下一步；
[0022](44)從確定的所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)到第一個(gè)出現(xiàn)的所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)分支是否存在數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，如果不存在則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格；如果存在則確定所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)助進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0023]其中較優(yōu)地，所述步驟(41)中，如果所述請(qǐng)求當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)和所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)之間無關(guān)系，則所述候選用戶被剝奪候選資格;如果所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)在拓?fù)渖鲜撬稣?qǐng)求當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格。
[0024]其中較優(yōu)地，如果所述一跳父節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)，則所述候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)被剝奪候選資格；
[0025]如果所述一跳父節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)，則所述一跳父節(jié)點(diǎn)在最初將被激活用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0026]其中較優(yōu)地，所述必要傳感器為從所述一跳父節(jié)點(diǎn)向下直到所述第一個(gè)出現(xiàn)的所述候選當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的高能效數(shù)據(jù)采集方法通過協(xié)調(diào)多用戶設(shè)備的信息決定哪些必要的用戶移動(dòng)設(shè)備輔助數(shù)據(jù)傳輸，避免激活傳感器來保持它們處于休眠狀態(tài)以節(jié)省能耗，顯著降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)的能耗。
【附圖說明】
[0028]圖1為用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的示例圖；
[0029]圖2為本發(fā)明所提供的高能效數(shù)據(jù)采集方法的流程圖；
[0030]圖3為確定候選當(dāng)前最高父節(jié)點(diǎn)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]在本發(fā)明中，發(fā)明人提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用用戶移動(dòng)設(shè)備而只激活必要傳感器的高能效數(shù)據(jù)采集方法。圖1是用于實(shí)施該高能效數(shù)據(jù)采集方法的一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示例。在該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示例中，遵循如下假設(shè):
[0033]1)無線傳感器采用ZigBee樹形拓?fù)洳⒉捎肐EEE 802.15.4協(xié)議組網(wǎng)。
[0034]2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的地址分配基于ZigBee協(xié)議定義的地址分配機(jī)制。
[0035]3)蜂窩網(wǎng)絡(luò)可識(shí)別傳感器的地址機(jī)制。
[0036]4)所有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。
[0037]5)多個(gè)用戶設(shè)備隨機(jī)地進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域自由地采集數(shù)據(jù)。
[0038]6)采集到的數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)有效。在此期間，不要重新采集相同數(shù)據(jù)。
[0039]在圖1所示的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示例中，傳感器基于樹形拓?fù)浣M網(wǎng)并且處于休眠狀態(tài)。多個(gè)用戶移動(dòng)設(shè)備隨機(jī)地進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，并且自由地停在任何地方從傳感器接收數(shù)據(jù)。這些傳感器是由用戶移動(dòng)設(shè)備激活來收集或傳送數(shù)據(jù)并且進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到再次被激活。基站從用戶移動(dòng)設(shè)備接收相關(guān)信息，并且實(shí)現(xiàn)有選擇地決定必要的用戶移動(dòng)設(shè)備，使其基于不同運(yùn)行準(zhǔn)則輔助數(shù)據(jù)傳輸:
[0040]?基站自己實(shí)現(xiàn)前述提出的機(jī)制進(jìn)行決策。
[0041]?由服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)前述提出的機(jī)制進(jìn)行決策。而基站對(duì)用戶移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器之間的信息交互是透明的，僅僅作為轉(zhuǎn)發(fā)角色。
[0042]在本發(fā)明所提供的高能效數(shù)據(jù)采集方法中，核心思路在于由蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、基站或服務(wù)器決定必要的用戶移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳送信號(hào)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、基站或者服務(wù)器通過協(xié)調(diào)多用戶移動(dòng)設(shè)備的信息決定哪些必要的用戶移動(dòng)設(shè)備來輔助數(shù)據(jù)傳輸，從而避免激活傳感器來保持它們處于休眠狀態(tài)以