一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法及裝置。所述方法包括：隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹；對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為1為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中；在備選集中查找全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑，所述全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑即為全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)。本發(fā)明降低了數(shù)據(jù)收集的能量消耗，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。
【專利說明】一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)是一種由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)將探測得到的信息通過無線多跳傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給基站，然后由基站對這些信息進(jìn)行分析處理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能是對環(huán)境監(jiān)控信息進(jìn)行收集和管理。因此，數(shù)據(jù)收集是傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本任務(wù)。數(shù)據(jù)收集是指將網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的感知信息傳送給基站，然后由基站對信息進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)收集的一般方式為無線多跳傳輸，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自身的感知信息封裝成數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)路由到基站。
[0003]在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方式中，將基站固定在傳感器布控區(qū)域中的某處，網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)通過無線多跳傳輸?shù)姆绞綄⒆陨淼母兄畔魉徒o基站，然后由基站對感知信息進(jìn)行分析處理。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中固定基站的數(shù)據(jù)收集的示意圖，如圖1所示，這種信息收集方式的優(yōu)勢在于簡單易行，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者只需要在保證網(wǎng)絡(luò)全聯(lián)通的前提下，可將基站坐落在網(wǎng)絡(luò)中的任意位置。由于基站被固定在了網(wǎng)絡(luò)中的某處，距離基站一跳之內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)需要承擔(dān)更多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，從而率先消耗完能量而”死亡”，最終造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，極大的縮短了網(wǎng)絡(luò)的生命周期?，F(xiàn)有技術(shù)中，在基站固定下的信息收集方案中，避免網(wǎng)絡(luò)過早癱瘓的做法通常分為三類:第一，設(shè)計(jì)低功耗路由協(xié)議；第二:合理的使用多級(jí)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；第三:在基站周圍部署更多的、或能力更強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)輪流工作。
[0004]前兩種方法由于位于基站周圍的節(jié)點(diǎn)仍然承擔(dān)著過多的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此不能從根本上解決負(fù)載不均問題。第三種方法由于減少了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，增加了部署成本，因此實(shí)用性不強(qiáng)?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過給基站增加移動(dòng)裝置，使基站移動(dòng)起來，然后不斷調(diào)整基站的位置，可以將網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分?jǐn)傇诓煌墓?jié)點(diǎn)上，減緩負(fù)載不均現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這種移動(dòng)式的數(shù)據(jù)收集方式中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)只需承擔(dān)自身和少量其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此節(jié)點(diǎn)在每一輪的信息收集過程中，能量消耗相同。依靠移動(dòng)基站來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的方式可分為兩類:第一類是移動(dòng)基站對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接訪問來收集數(shù)據(jù)。即基站輪流移動(dòng)到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)，節(jié)點(diǎn)通過單跳的方式直接與基站通信。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)只需在移動(dòng)基站到來時(shí)將自身的感知數(shù)據(jù)傳送給對方，而無需承擔(dān)其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此能耗較低。然而由于基站的運(yùn)動(dòng)速度較慢，造成較大的數(shù)據(jù)延遲，實(shí)用性較低。第二類是基站只停留在特定的節(jié)點(diǎn)處，稱為匯聚點(diǎn)(Rendezvous Point)。其他節(jié)點(diǎn)則通過多跳傳輸?shù)姆绞綄⒏兄獢?shù)據(jù)發(fā)送到距離自身最近的匯聚點(diǎn)，再由移動(dòng)基站移動(dòng)到匯聚點(diǎn)處對信息進(jìn)行統(tǒng)一收集。
[0005]在這種利用匯聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集方案中，可以在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和能量消耗的不同要求下做出折中。例如，在火災(zāi)監(jiān)控、入侵檢測這類對數(shù)據(jù)時(shí)延要求較高的場景中，可以選擇較少的匯聚點(diǎn)，移動(dòng)基站只需花費(fèi)較短時(shí)間便可以在匯聚點(diǎn)處收集到全局感知數(shù)據(jù)。而在濕度檢測，空氣質(zhì)量監(jiān)控這類對數(shù)據(jù)時(shí)延要求較低的場景中，可以選擇較多的匯聚點(diǎn)，減少傳感器由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的能量，延長傳感網(wǎng)的生命周期。但是現(xiàn)有技術(shù)中通過匯聚點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的方式仍存在著能耗大，數(shù)據(jù)傳輸效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法及裝置，以降低現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)收集的能量消耗，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
[0007]一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法，所述方法包括:
[0008]隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹；
[0009]對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中；
[0010]在備選集中查找全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑，所述全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑即為全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)。
[0011]進(jìn)一步地，所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中，包括:
[0012]根據(jù)每次找的樹形拓?fù)浠蛘咦訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)或者以所述子樹的根節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹；
[0013]采用自下而上的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的以該節(jié)點(diǎn)為根的子樹上所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率之和，并計(jì)算所述根節(jié)點(diǎn)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值；
[0014]采用自上而下的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并計(jì)算經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗；
[0015]對所述經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑進(jìn)行組合，計(jì)算組合后的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗，并保存在備選集中；
[0016]從所述備選集中選取最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并計(jì)算該路徑對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并將所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑及對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值存入備選集中，其中，所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑是節(jié)省的總能耗最多的路徑。
[0017]進(jìn)一步地，所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的每一次的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(NlgN)，其中，N表示所述傳輸器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0018]進(jìn)一步地，所述方法的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(Nlg2N)，其中，N表示所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0019]進(jìn)一步地，在所述隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根的有向樹，還包括:
[0020]采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹?br> [0021]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的裝置，所述裝置包括:
[0022]根節(jié)點(diǎn)選取模塊，用于隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹；
[0023]第一查找模塊，用于對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑,并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中；
[0024]第二查找模塊，用于在備選集中查找全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑，所述全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑即為全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)。
[0025]進(jìn)一步地，所述第一查找模塊包括:
[0026]轉(zhuǎn)化子模塊，用于根據(jù)每次找的樹形拓?fù)浠蛘咦訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)或者以所述子樹的根節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹；
[0027]第一計(jì)算子模塊，用于采用自下而上的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的以該節(jié)點(diǎn)為根的子樹上所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率之和，并計(jì)算所述根節(jié)點(diǎn)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值；
[0028]第二計(jì)算子模塊，用于采用自上而下的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并計(jì)算經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗；
[0029]第三計(jì)算子模塊，用于對所述經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑進(jìn)行組合，計(jì)算組合后的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗，并保存在備選集中；
[0030]選取子模塊，用于從所述備選集中選取最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并計(jì)算該路徑對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并將所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑及對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值存入備選集中，其中，所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑是節(jié)省的總能耗最多的路徑。
[0031]進(jìn)一步地，所述第一查找模塊中所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的每一次的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(NlgN)，其中，N表示所述傳輸器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0032]進(jìn)一步地，所述裝置實(shí)現(xiàn)的方法的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(Nlg2N),其中，N表示所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0033]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:
[0034]拓?fù)滢D(zhuǎn)換模塊，用于采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹?br> [0035]本發(fā)明實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法、裝置及系統(tǒng)通過根據(jù)樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，并計(jì)算所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組合所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，在組合后的路徑中查找全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)，在最優(yōu)匯聚點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，降低了數(shù)據(jù)收集的能量消耗，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，且負(fù)載均衡。【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中固定基站的數(shù)據(jù)收集的示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法的流程圖；
[0038]圖3a是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的樹形拓?fù)涞牟灰鈭D；
[0039]圖3b是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的選定樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)m將樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為有向樹的示意圖；
[0040]圖3c是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的從根節(jié)點(diǎn)m出發(fā)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑的示意圖；
[0041]圖3d是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的經(jīng)過樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)m的最優(yōu)收集數(shù)據(jù)路徑的示意圖
[0042]圖3e是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的經(jīng)過樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)m的孩子節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)收集數(shù)據(jù)路徑的示意圖；
[0043]圖3f是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中全局最優(yōu)收集數(shù)據(jù)路徑及最優(yōu)匯聚點(diǎn)的示意圖；
[0044]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的裝置的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0046]圖2示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例。
[0047]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法的實(shí)現(xiàn)流程圖，該方法詳述如下:
[0048]在步驟201中，隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹。
[0049]隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)作為所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)，則所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以該節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，可以選取位于所述樹形拓?fù)涞闹虚g位置的節(jié)點(diǎn)，以該節(jié)點(diǎn)作為所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)，則所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以該節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹。圖3a是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的樹形拓?fù)涞氖疽鈭D，圖3b是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法中的選定樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)m將樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為有向樹的示意圖。如圖3a和圖3b所示，圖3b選定圖3a的節(jié)點(diǎn)d為根節(jié)點(diǎn)m，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以根節(jié)點(diǎn)m為根節(jié)點(diǎn)的有向樹。
[0050]示例性的，在所述隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根的有向樹，還包括:
[0051]采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹?br> [0052]即在步驟201之前還包括:采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)?。如果給出的拓?fù)錇閳D形拓?fù)鋭t將所述圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹＾D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)浜缶哂袃?yōu)勢:因?yàn)樵趫D形拓?fù)渲?，任意一對?jié)點(diǎn)之間通常存在多條路徑，往往會(huì)造成環(huán)形回路，使得數(shù)據(jù)包無法成功傳送到目的地，而在樹形拓?fù)渲胁淮嬖谶@樣的問題；樹形拓?fù)湟訣TX值作為鏈路能耗衡量標(biāo)準(zhǔn)，采用最小生成樹算法對圖形拓?fù)溥M(jìn)行預(yù)處理是對網(wǎng)絡(luò)鏈路做初步的優(yōu)化；在許多傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，都采用樹形拓?fù)?，因此，采用最小生成樹算法對圖形拓?fù)溥M(jìn)行預(yù)處理可以保證算法的拓展性。
[0053]在步驟202中，對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中。
[0054]根據(jù)所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行破分，得到以所述根節(jié)點(diǎn)的孩子節(jié)點(diǎn)為根的子樹，再依據(jù)同樣的方法根據(jù)所述孩子節(jié)點(diǎn)對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止。
[0055]為了尋找給定樹形拓?fù)渖献顑?yōu)的數(shù)據(jù)收集路徑，需要找到經(jīng)過所述樹形拓?fù)渖厦恳粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑。因此，尋找最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑依賴于尋找經(jīng)過給定節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑。因此首先需要設(shè)計(jì)尋找經(jīng)過給定節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集路徑算法。
[0056]首先給出尋找經(jīng)過給定節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集路徑算法中需要用到的計(jì)算表達(dá)式。
[0057]定理1.對于以節(jié)點(diǎn)r為根的給定樹形拓?fù)洌O(shè)節(jié)點(diǎn)V為節(jié)點(diǎn)r的任意孩子節(jié)點(diǎn)，則有:
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的方法，其特征在于，所述方法包括: 隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹； 對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中； 在備選集中查找全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑，所述全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑即為全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中，包括: 根據(jù)每次找的樹形拓?fù)浠蛘咦訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)或者以所述子樹的根節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹； 采用自下而上的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的以該節(jié)點(diǎn)為根的子樹上所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率之和，并計(jì)算所述根節(jié)點(diǎn)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值； 采用自上而下的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并計(jì)算經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗； 對所述經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑進(jìn)行組合，計(jì)算組合后的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗，并保存在備選集中； 從所述備選集中選取最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并計(jì)算該路徑對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并將所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑及對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值存入備選集中，其中，所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑是節(jié)省的總能耗最多的路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的每一次的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O (NIgN)，其中，N表示所述傳輸器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(Nlg2N)，其中，N表示所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根的有向樹，還包括: 采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹?br> 6.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 根節(jié)點(diǎn)選取模塊，用于隨機(jī)選取樹形拓?fù)渖系囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹； 第一查找模塊，用于對所述樹形拓?fù)洳粩噙M(jìn)行破分，直到子樹大小為I為止，分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮淖訕渲薪?jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并將每次得到的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑存入備選集中； 第二查找模塊，用于在備選集中查找全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑，所述全局感知數(shù)據(jù)通信能耗最小的路徑即為全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，組成所述全局最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)匯聚點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一查找模塊包括: 轉(zhuǎn)化子模塊，用于根據(jù)每次找的樹形拓?fù)浠蛘咦訕涞淖顑?yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，將所述樹形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為以所述樹形拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)或者以所述子樹的根節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的有向樹； 第一計(jì)算子模塊，用于采用自下而上的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的以該節(jié)點(diǎn)為根的子樹上所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率之和，并計(jì)算所述根節(jié)點(diǎn)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值； 第二計(jì)算子模塊，用于采用自上而下的方式對所述樹形拓?fù)溥M(jìn)行遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并計(jì)算經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗； 第三計(jì)算子模塊，用于對所述經(jīng)過根節(jié)點(diǎn)的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的路徑進(jìn)行組合，計(jì)算組合后的路徑對應(yīng)的節(jié)省的總能耗，并保存在備選集中； 選取子模塊，用于從所述備選集中選取最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑，并計(jì)算該路徑對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值，并將所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑及對應(yīng)的全局信息所需的傳輸能耗消耗值存入備選集中，其中，所述最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑是節(jié)省的總能耗最多的路徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一查找模塊中所述分別找到所述樹形拓?fù)浼懊看纹品趾蟮?子樹中經(jīng)過對應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)收集路徑的每一次的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(NlgN)，其中，N表示所述傳輸器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置實(shí)現(xiàn)的方法的執(zhí)行時(shí)間復(fù)雜度為O(Nlg2N)，其中，N表示所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中的總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 拓?fù)滢D(zhuǎn)換模塊，用于采用最小生成樹算法將圖形拓?fù)滢D(zhuǎn)化為樹形拓?fù)洹?br> 【文檔編號(hào)】H04W40/02GK103561444SQ201310556943
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】楊錚, 劉云浩, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:無錫賽?？萍加邢薰?br>