无线传感网中基于随机游走的数据收集方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111405516A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010221006.7(22)申请日2020.03.25(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人肖嵩张誉凡赵一民张晗杜建超(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人王品华(51)Int.Cl.H04W4/38(2018.01)H04W40/02(2009.01)H04W40/24(2009.01)H04L29/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称无线传感网中基于随机游走的数据收集方法(57)摘要本发明公开一种无线传感网中基于随机游走的数据收集方法，主要解决现有传感网能耗过大，网络均衡性较差的问题，其实现方案是：在节点随机分布的网络中，通过节点感知获得位置信息和周围邻居信息，通过添加的开启游走机制对网络节点分类，根据类别挑选游走开始的节点；根据游走分类节点开启随机游走收集数据，并通过均衡机制确定下一跳节点；将节点每轮收集的数据进行压缩整合，通过已确定游走的下一跳节点发送到基站；在基站将整合后的数据恢复成与原始信号接近的低误差信号。本发明减少了网络中数据的收发量和节点通信次数，在均衡网络的同时缩短了游走路径，提高了网络的均衡性，延长了网络的生命周期，可用于多种自然环境下部署的无线传感网。CN111405516ACN111405516A权利要求书1/2页1.一种无线传感网中基于随机游走的数据收集方法，其特征在于，包括：无线传感网数据收集、路由和数据压缩与复原；所述无线传感网数据收集，是在节点随机分布的网络中，通过节点感知获得位置信息和周围邻居信息，并在开始时，通过添加的开启游走机制对网络节点分类，根据类别挑选游走开始的节点；所述路由，是根据游走分类节点开启随机游走收集数据，并通过均衡机制确定下一跳节点；所述数据压缩与复原，是将节点每轮收集的数据进行压缩整合，并通过已确定游走的下一跳节点发送到基站，在基站将整合后的数据恢复成与原始信号接近的低误差信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在节点随机分布的网络中，通过节点感知获得位置信息和周围邻居信息，其实现是：(2a)先将N个节点随机分布在L×L的网络中，并将基站建立在网络的左下角，设定节点的通信半径TR，确保网络节点之间能够相互通信；(2b)通过节点的定位功能或者基站与节点之间的通信功能，保障每个节点能够获得邻居节点信息和自身位置信息；(2c)根据节点数目N确定压缩信号长度M，M≥Klog(N/K)，通过M计算单次数据收集的游走轮数n＝M/m，其中，K为数据的稀疏度，m为单个节点压缩后的信号长度，m≥1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过添加的开启游走机制对网络节点分类，根据类别挑选游走开始的节点，实现如下：(3a)将传感网中的节点按照与基站的距离和邻居节点聚集程度进行分类:将满足条件di＜dist和ni＞α×max(nei)的节点定义为热节点，将满足条件di≥dist以及ni≤α×max(nei)的节点定义为常节点，并用所有的常节点组成常节点集合ordi，其中，di表示节点i到基站距离，dist为到基站距离的阈值参数，neii为邻居节点个数，max(nei)为最大邻居节点个数，α为节点个数调节因子。(3b)从常节点集合ordi中选择游走开始的节点：通过随机函数生成一个范围在[1,|ordi|]的整数S，将整数S对应的常节点作为本轮游走开始节点，每个常节点被选中概率为p＝1/|ordi|，其中，|ordi|为常节点集合ordi的个数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过均衡机制确定下一跳节点，实现如下：(4a)形成待选集合Candi：(4a1)获取当前节点的位置信息di，剩余跳数rw，分别计算邻居节点距离和预估跳数pi：其中，neii为节点i的邻居个数，dij为节点i到节点j之间的距离，di为当前节点i到基站的距离；2CN111405516A权利要求书2/2页(4a2)设定游走折回调节因子δ，根据剩余跳数rw与预估跳数pi的比值，判断游走路径是否需要折回，得到待选集合Candi：若rw/pi＞δ，则游走路径不需要折回，得到待选集合Candi＝{j|dj＜di},0.5＜δ＜1；若rw/pi≤δ，则游走路径需要折回，得到待选集合Candi＝{j|j∈neigh}；其中，neigh为节点i的邻居节点集合，di为节点i到基站的距离，dj为节点j到基站的距离。(4b)在待选集合Candi中确定下一跳节点：(4b1)计算待选集合Candi的平均负载：其中，为通过节点i构成的Candi中节点的平均访问次数，vij