CN105430598B - 无线传感器网络的数据分层传输方法及装置 - Google Patents

无线传感器网络的数据分层传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的无线传感器网络的数据分层传输方法及装置，应用于无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，该方法包括：接收簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；按照预设的转发簇确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b；将融合数据DI传输至初始转发簇头节点，以便初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至汇聚节点。应用本发明实施例，能够降低簇头节点a在将数据传输至汇聚节点的过程中能量耗尽而失效的可能性，从而提高了数据传输的成功率。

Description

无线传感器网络的数据分层传输方法及装置
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别是涉及无线传感器网络的数据分层传输方法及装置。
背景技术
目前，无线传感器网络可以广泛应用于各种领域，例如：国防军事、环境监测、物流领域、高效农业、智能交通、医疗保健以及制造业等等。用户可以利用无线传感器网络实现信息的快速、大范围、自动化的采集和传输。通常，在无线传感器网络的搭建过程中，为保证数据采集的完整性，相邻的采集节点所覆盖的采集范围往往设置成有重叠的，导致相邻的采集节点所采集的数据中存在一定程度的冗余数据，这样在数据传输阶段会增加各个采集节点的能量开销。
针对上述问题，现有技术中提供了这样一种数据传输方法：将无线传感器网络中的所有采集节点按照地理位置划分成多个簇状结构(简称为簇)；随机选择每个簇中的采集节点作为簇头节点，将本簇中的其他采集节点作为簇内节点；在将数据传输至汇聚节点之前，本簇中的各个簇内节点先将采集到的数据发送至对应的簇头节点，并在簇头节点进行数据融合，再由该簇头节点将融合后的数据传输至该无线传感器网络中的汇聚节点，这样减小了无线传感器网络中的各个采集节点在数据传输过程中的能量消耗。
上述方案虽然解决了冗余数据在传输过程中对无线传感器网络中的各个采集节点的能量消耗。但上述方案中的各个簇在进行数据融合之后直接将本簇中融合后的数据直接传输给汇聚节点，而数据传输中的能量消耗与传输距离往往是成指数性增长的，因此，上述方案在簇头节点将数据传输至汇聚节点的过程中容易因能量耗尽而失效，从而导致数据传输失败。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种无线传感器网络的数据分层传输方法及装置，以实现无线传感器网络中数据传输的成功率。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种无线传感器网络的数据分层传输方法，应用于所述无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，所述无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且所述采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点，所述方法包括：
接收所述簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；
按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；
按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
将所述融合数据DI传输至所述初始转发簇头节点，以便所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至所述汇聚节点；
其中，所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，包括：
所述初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据；
所述初始转发簇头节点将所获得的采集数据和所述融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新所述融合数据DI；
所述初始转发簇头节点指向所述层LS的下一层中簇的簇头节点。
较佳的，所述簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
较佳的，所述按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b，包括：
按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
或，
按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b。
较佳的，通过以下方式确定所述无线传感器网络中的任一簇的簇头节点：
所述无线传感器网络中的任一采集节点i获得自身剩余能量Ei，并根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti；
在Ti内未收到其他采集节点发送的簇头节点声明信号的情况下，确定自身为簇头节点；其中，所述簇头节点声明信号为声明一个采集节点为簇头节点的信号。
较佳的，所述根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti，包括：
根据以下表达式，确定自身需等待的延时时长Ti：
其中，Eava表示所述采集节点i自身的剩余能量，E0表示所述采集节点i自身的能量初始值，Emin表示无线传感器网络中的任一采集节点成为簇头节点的最小能量门限，τ表示最大等待延时，N表示组网次数。
较佳的，在所述确定自身为簇头节点之后，还包括：
向以所述采集节点i为中心的预设区域内的其他采集节点发送簇头节点声明信号，以使得所述其他采集节点在接收到所述簇头节点声明信号后与所述采集节点i建立通信连接；
根据成功与所述采集节点i建立通信连接的采集节点和所述采集节点i，确定以所述采集节点i为簇头节点的簇C。
较佳的，在所述确定以所述采集节点i为簇头节点的簇之后，还包括：
获得所述簇C中簇内节点的数量，其中，所述簇内节点为与所述采集节点i成功建立通信连接的采集节点；
根据所述簇C中的簇内节点的数量，为簇C中的每一个簇内节点向所述采集节点i发送采集数据的分配时隙，并将所分配的时隙广播至所述簇C中的各个簇内节点。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种无线传感器网络的数据分层传输装置，应用于所述无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，所述无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且所述采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点，所述装置包括：
数据接收模块，用于接收所述簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；
数据融合模块，用于按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；
数据路由模块，用于按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
数据传输模块，用于将所述融合数据DI传输至所述初始转发簇头节点，以便所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至所述汇聚节点；其中，所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，包括：所述初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据；所述初始转发簇头节点将所获得的采集数据和所述融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新所述融合数据DI；所述初始转发簇头节点指向所述层LS的下一层中簇的簇头节点。
较佳的，所述簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
较佳的，所述数据路由模块，包括：第一数据路由子模块和第二数据路由子模块；其中，
所述第一数据路由子模块，用于按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
第二数据路由子模块，用于按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b。
显然，应用本发明实施例提供的方案进行数据传输时，任一个簇A的簇头节点a在对簇A中的各个簇内节点进行簇内的数据融合之后，不需要将融合数据DI直接传输至该无线传感器网络中的汇聚节点，而是按照预设的簇间数据转发规则将融合后的数据转发给其周围的初始转发簇头节点所指向的簇B中的簇头节点b簇头节点，并与簇B中的采集数据进行簇间融合，得到新的融合数据DI，这样，经过多次转发与多次簇间的数据融合，最终将融合数据DI传输至汇聚节点。可见，应用本发明实施例所提供的方案，能够降低簇头节点a在将数据传输至汇聚节点的过程中能量耗尽而失效的可能性，从而提高了数据传输的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无线传感器网络的数据分层传输方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种采集节点自身的剩余能量与等待延时的对应关系的示意图；
图3为一种簇头节点分层传输数据的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种无线传感器网络的数据分层传输装置的结构示意图。
具体实施方式
在无线传感器网络的实际搭建过程中，该网络中的每个采集节点通常均可以独立地监控其周围的环境，进行数据采集并将采集到的数据传输到该网络中的汇聚节点。一般为保证数据采集的完整性，相邻的采集节点所覆盖的采集范围往往设置成有重叠的，这样就导致相邻节点采集到的数据具有较大冗余度，如果直接转发原始数据便会增加各个采集节点的能量开销。
针对上述情况，本发明提出了一种无线传感器网络的数据分层传输与方法及装置，以降低簇头节点在将数据传输至汇聚节点的过程中能量耗尽而失效的可能性，提高数据传输的成功率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种无线传感器网络的数据分层传输方法的流程示意图，该方法应用于无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，该无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点。
由于无线传感器网络中的相邻采集节点所采集的数据具有一定程度上的冗余，因此，在对采集数据的传输过程便会增加额外的能量开销，鉴于此，本发明实施例中的方案将该无线传感器网络中的采集节点划分成若干个簇状结构(简称簇)，在进行采集数据的传输之前，先对各个簇内的采集数据进行簇内的数据融合，这样能够大大降低冗余数据的网络通信量。
需要说明的是，在无线传感器网络的数据传输之前，首先要完成对该网络中各个采集节点的簇状结构的划分，当簇形成之后才进入簇内各个簇内节点的采集数据的传输环节，并在完成数据传输之后，进入下一次簇状结构的划分。也就是说，簇的形成与数据传输是按照一定的周期循环进行的，并且，每个周期都包括组网(即簇的形成)阶段和传输阶段。
进一步的，对于簇的形成阶段包括：簇头节点的选择与簇内节点的加入两个过程。
在选择簇头节点的一种实现方式中，可以由该无线传感器网络中的各个采集节点产生一个0到1之间的随机数，并根据所产生的随机数与预设的簇头节点阈值之间的关系来共同决定其是否成为簇头节点。例如，设采集节点所产生的随机数大于预设的簇头节点阈值的情况下成为簇头节点，若采集节点1所产生的随机数为0.8，且预设的簇头节点阈值为0.6，显然，0.8＞0.6，则采集节点1是簇头节点。
在选择簇头节点的另一种实现方式中，簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
具体的，可以通过以下方式确定无线传感器网络中的任一簇的簇头节点：
(1)无线传感器网络中的任一采集节点i获得自身剩余能量Ei，并根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti。
(2)在Ti内未收到其他采集节点发送的簇头节点声明信号的情况下，确定自身为簇头节点；其中，簇头节点声明信号为声明一个采集节点为簇头节点的信号。
更具体的，根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，如图2所示，确定自身需等待的延时时长Ti，可以包括：
根据以下表达式，确定自身需等待的延时时长Ti：
其中，Eava表示采集节点i自身的剩余能量，E0表示采集节点i自身的能量初始值，Emin表示无线传感器网络中的任一采集节点成为簇头节点的最小能量门限，τ表示最大等待延时，N表示组网次数。
比较以上两种选择簇头节点的具体实现方式可以看出，前者簇头节点选择仅需要各个采集节点产生一个随机数，并将所产生的随机数与预设的簇头节点阈值进行比较即可得知，不需要等待一个延时时长，因而组网阶段能够更快的完成，但是，由于簇头节点是随机选取的，容易出现簇头节点的能量分布不均衡的情况；后者簇头节点选择虽然需要等待一个延时时长，但是，由于所选择出的簇头节点为所在簇中剩余能量最多的采集节点，这样能够保证数据传输时不至于因簇头节点的能量消耗完而出现传输失败的问题，而前者就很难保证所选择的簇头节点为本簇中剩余能量最多的节点，甚至还有可能是所在簇中剩余能量最少的，这样，很容易出现数据传输失败的问题。因此，实际应用中，本领域内的技术人员还需要根据具体情况选择合适的簇头节点选择方式。
需要说明的是，上述两种选择簇头节点的具体实现方式仅仅是举例，本发明不需要限定选择簇头节点的具体方式，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。
进一步的，在上述选择簇头节点的另一种实现方式中采集节点i确定自身为簇头节点之后，还需要确定该簇头节点也就是采集节点i对应的簇。具体的，
(1)采集节点i向以采集节点i为中心的预设区域内的其他采集节点发送簇头节点声明信号，以使得其他采集节点在接收到簇头节点声明信号后与采集节点i建立通信连接。
需要说明的是，当其他采集节点接收到簇头节点发送的簇头节点声明信号时，将自身的等待延时时长延长至本周期的最大值τ/N，且其他采集节点在本周期中将不再成为簇头节点。
还需要说明的是，若其他采集节点在等待期间又接收到其他的簇头节点声明信号时，则选择一个信号最强的簇头节点作为自己本周期内的簇头节点。
在一种优选的实现方式中，簇头节点不需要向无线传感器网络的全网广播簇头节点声明信号，该簇头节点可以仅向上述预设区域内的采集节点发送该声明信号。这样，与全网广播该声明信号的方式相比，不仅节省了能量消耗，而且，保证了该声明信号针对的采集节点仅为其周围的节点，使得簇头节点的分布趋于均衡，不至于出现与簇头节点之间的传输距离差异太大的问题。
这里所提及的“预设区域内”可以是以该簇头节点为圆心且通信半径为R的圆周区域，也可以是以该簇头节点为中心的矩形区域内，当然，还可以是以该簇头节点为中心的不规则区域内。本发明不需要对预设区域的具体形状进行以及传输距离进行限定，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。
(2)根据成功与采集节点i建立通信连接的采集节点和采集节点i，确定以采集节点i为簇头节点的簇C。
更进一步的，在确定以采集节点i为簇头节点的簇C之后，还需要为簇C内中的各个簇内节点分配时隙，具体包括：
(1)获得簇C中簇内节点的数量，其中，簇内节点为与采集节点i成功建立通信连接的采集节点；
(2)根据簇C中的簇内节点的数量，为簇C中的每一个簇内节点向采集节点i发送采集数据的分配时隙，并将所分配的时隙广播至簇C中的各个簇内节点。
需要说明的是，簇内节点接收到采集节点i发送的时隙分配信号后，判断当前的时隙是否与其所分配到的时隙一致，若一直则将所采集到的数据发送至簇C中的采集节点i，否则，进入休眠状态，不进行数据的传输。
到此为止无线传感器网络中采集节点的组网阶段完成。
下面对上述无线传感器网络的数据分层传输方法进行详细描述，该方法可以包括以下步骤：
步骤S101：接收簇A中的各个簇内节点发送的采集数据。
需要说明的是，簇A中的各个簇内节点按照预先分配好的时隙将采集到的数据传输至簇头节点a中。
步骤S102：按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI。
这里所提及的“预设的簇内数据融合规则”，可以是基于粗糙集理论的数据融合算法所确定的簇内数据融合规则，还可以是基于模糊理论的数据融合算法所确定的簇内数据融合规则，等等。需要说明的是，这里所列举的两种具体的簇内数据融合规则仅仅是两种具体的实现方式，本发明实施例并不需要对该预设的簇内数据融合规则的具体实现形式进行限定，任何可能的实现方式均可以应用于本发明。简言之，该预设的簇内数据融合规则一定是能够实现降低该簇内采集数据中的冗余数据的规则。
步骤S103：按照预设的转发簇确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b。
需要说明的是，这里的初始转发簇头节点可以类似簇头节点指针，当初始转发簇头节点指向一个簇头节点时，可以理解为该初始转发簇头节点记为该簇头节点。
针对簇A中的采集数据，首先需要根据预设的转发簇头确定规则，确定出簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，然后，将初始转发簇头节点j指向簇B中的簇头节点b，也就是当前初始簇头转发节点即为簇头节点b，后续初始簇头节点要执行的步骤实际上是由簇头节点b执行的，簇B中的簇头节点b处于当前层；然后，簇头节点b也按照预设的转发簇头节点，确定出簇B所在层LB的下一层LC中的簇C，然后，将初始转发簇头节点j指向簇C中的簇头节点c，也就是当前初始簇头转发节点即为簇头节点c，后续初始簇头节点要执行的步骤实际上是由簇头节点c执行的，也就是说簇C中的簇头节点c处于当前层，以此类推，直至将数据转发至该网络中的汇聚节点，初始转发簇头节点解除其所指向的簇头节点。
在本发明的一种具体实施例中，步骤S103按照预设的转发簇确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b，可以包括以下两种方式：
方式一：按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b。
方式二：按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b。
需要说明的是，上述两种方式仅仅是举例，本发明实施例不需要对预设的转发簇确定规则进行限定，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。
举例而言，图3为一种簇头节点分层传输数据的示意图，其中，采集节点x、y和z节点均为簇头节点，xy距离为2，xz距离为3，yz距离为4，且x和y均有一个数据需要发送给z。
可以理解的是，当簇头节点之间的传输距离d很大时，数据发送能量远大于接收能量，因此在该实例中只考虑发送数据对能量消耗的影响，不考虑接收数据的能量消耗。
当簇间进行数据融合时，按照最小生成树理论建立起来的数据融合树为x-y-z。簇头节点x首先发送1个数据到簇头节点y，传输代价为2；簇头节点y将从簇头节点x除接收到的1个数据和本地产生的1个数据融合为1个，再将其发送给簇头节点z，传输代价为3。由此可知总传输代价为5；如果按照最短路径建立路由，则路由路径为x-z，y-z。簇头节点x将1个数据发送给簇头节点z，传输代价为4；簇头节点y将1个数据发送给簇头节点z，传输代价为3。由此可知总传输代价为7。
需要说明的是，在簇间数据融合程度大于预设的融合阈值时，基于最小生成树的路由性能要优于最短距离树。当簇间数据融合程度不大于预设的融合阈值时，那么在最小生成树路由中，簇头节点x到簇头节点y的传输代价依然为2，而簇头节点y则需要将两个数据发送给距离3外的簇头节点z，通信代价变为6，则总传输代价增大为8，此时路由性能则不如最短距离树。因此，针对数据融合程度不同的应用，需要本领域内的技术人员采用不同的策略来设计数据分层传输的路由算法。
还需要说明的是，在簇间数据融合程度大于预设的融合阈值时，本领域内的技术人员需要使传输路径的各个簇头节点之间的传输路径长度之和最短；当簇间数据融合程度不大于预设的融合阈值时，本领域内的技术人员需要使该无线传感器网络中每个簇头节点到达汇聚节点之间的路径长度最短。其中，这里所说的"路径长度"并非是节点之间地理距离的原始值，而是指距离的指数次方dα(当d<86.2时，α＝2；当d≥86.2时，α＝4)。
步骤S104：将融合数据DI传输至初始转发簇头节点，以便初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至汇聚节点。
其中，初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，可以包括以下几个步骤：
(1)初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据。
(2)初始转发簇头节点将所获得的采集数据和融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新融合数据DI。
(3)初始转发簇头节点指向层LS的下一层中簇的簇头节点。
针对目前的无线传感器网络中的采集节点在传输数据过程中的能量消耗而言，往往是随着距离的增长呈现出指数增长的趋势，也就是说，当传输距离大于预设的距离阈值时，传输很小的一段距离却需要消耗很多的能量，所以，如果直接将采集的数据直接发送给汇聚节点时，很容易出现因能量消耗完而出现传输失败的问题。
应用本发明实施例提供的方案进行数据传输时，任一个簇A的簇头节点a在对簇A中的各个簇内节点进行簇内的数据融合之后，不需要将融合数据DI直接传输至该无线传感器网络中的汇聚节点，而是按照预设的簇间数据转发规则将融合后的数据转发给其周围的初始转发簇头节点所指向的簇B中的簇头节点b簇头节点，并与簇B中的采集数据进行簇间融合，得到新的融合数据DI，这样，经过多次转发与多次簇间的数据融合，最终将融合数据DI传输至汇聚节点。可见，应用本发明实施例所提供的方案，能够降低簇头节点a在将数据传输至汇聚节点的过程中能量耗尽而失效的可能性，从而提高了数据传输的成功率。
图4为本发明实施例提供的一种无线传感器网络的数据分层传输装置，应用于无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点。
具体的，该无线传感器网络的数据分层传输装置可以包括：数据接收模块210、数据融合模块220、数据路由模块230和数据传输模块240。
其中，数据接收模块210，用于接收簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；
数据融合模块220，用于按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；
数据路由模块230，用于按照预设的转发簇确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b；
数据传输模块240，用于将融合数据DI传输至初始转发簇头节点，以便初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至汇聚节点；其中，初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，可以包括：初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据；初始转发簇头节点将所获得的采集数据和融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新融合数据DI；初始转发簇头节点指向层LS的下一层中簇的簇头节点。
在本发明的一种优选实施例中，簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
具体的，数据路由模块230，可以包括：第一数据路由子模块和第二数据路由子模块。
其中，第一数据路由子模块，用于按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b；
第二数据路由子模块，用于按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向簇B中的簇头节点b。
显然，应用本发明实施例提供的方案进行数据传输时，任一个簇A的簇头节点a在对簇A中的各个簇内节点进行簇内的数据融合之后，不需要将融合数据DI直接传输至该无线传感器网络中的汇聚节点，而是按照预设的簇间数据转发规则将融合后的数据转发给其周围的初始转发簇头节点所指向的簇B中的簇头节点b簇头节点，并与簇B中的采集数据进行簇间融合，得到新的融合数据DI，这样，经过多次转发与多次簇间的数据融合，最终将融合数据DI传输至汇聚节点。可见，应用本发明实施例所提供的方案，能够降低簇头节点a在将数据传输至汇聚节点的过程中能量耗尽而失效的可能性，从而提高了数据传输的成功率。
对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线传感器网络的数据分层传输方法，其特征在于，应用于所述无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，所述无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且所述采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点，所述方法包括：
接收所述簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；
按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；
按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
将所述融合数据DI传输至所述初始转发簇头节点，以便所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至所述汇聚节点；
其中，所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，包括：
所述初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据；
所述初始转发簇头节点将所获得的采集数据和所述融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新所述融合数据DI；
所述初始转发簇头节点指向所述层LS的下一层中簇的簇头节点；
其中，通过以下方式确定所述无线传感器网络中的任一簇的簇头节点：
所述无线传感器网络中的任一采集节点i获得自身剩余能量Ei，并根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti；
在Ti内未收到其他采集节点发送的簇头节点声明信号的情况下，确定自身为簇头节点；其中，所述簇头节点声明信号为声明一个采集节点为簇头节点的信号；
所述根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti，包括：
根据以下表达式，确定自身需等待的延时时长Ti：
其中，Eava表示所述采集节点i自身的剩余能量，E0表示所述采集节点i自身的能量初始值，Emin表示无线传感器网络中的任一采集节点成为簇头节点的最小能量门限，τ表示最大等待延时，N表示组网次数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b，包括：
按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
或，
按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定自身为簇头节点之后，还包括：
向以所述采集节点i为中心的预设区域内的其他采集节点发送簇头节点声明信号，以使得所述其他采集节点在接收到所述簇头节点声明信号后与所述采集节点i建立通信连接；
根据成功与所述采集节点i建立通信连接的采集节点和所述采集节点i，确定以所述采集节点i为簇头节点的簇C。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述确定以所述采集节点i为簇头节点的簇之后，还包括：
获得所述簇C中簇内节点的数量，其中，所述簇内节点为与所述采集节点i成功建立通信连接的采集节点；
根据所述簇C中的簇内节点的数量，为簇C中的每一个簇内节点向所述采集节点i发送采集数据的分配时隙，并将所分配的时隙广播至所述簇C中的各个簇内节点。
6.一种无线传感器网络的数据分层传输装置，其特征在于，应用于所述无线传感器网络中的任一个簇A的簇头节点a，其中，所述无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个采集节点，且所述采集节点按照预设规则被划分为多个簇，各个簇中均包括一个簇头节点和多个簇内节点，所述装置包括：
数据接收模块，用于接收所述簇A中的各个簇内节点发送的采集数据；
数据融合模块，用于按照预设的簇内数据融合规则，对所接收的采集数据进行簇内数据融合，生成融合数据DI；
数据路由模块，用于按照预设的转发簇确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
数据传输模块，用于将所述融合数据DI传输至所述初始转发簇头节点，以便所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输直至将融合数据传输至所述汇聚节点；其中，所述初始转发簇头节点按照预设的簇间数据转发规则进行分层数据传输，包括：所述初始转发簇头节点获得其所在层LS对应簇的簇内节点发送的采集数据；所述初始转发簇头节点将所获得的采集数据和所述融合数据DI进行簇间数据融合，并根据融合结果更新所述融合数据DI；所述初始转发簇头节点指向所述层LS的下一层中簇的簇头节点；
其中，通过以下方式确定所述无线传感器网络中的任一簇的簇头节点：
所述无线传感器网络中的任一采集节点i获得自身剩余能量Ei，并根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti；
在Ti内未收到其他采集节点发送的簇头节点声明信号的情况下，确定自身为簇头节点；其中，所述簇头节点声明信号为声明一个采集节点为簇头节点的信号；
所述根据预设的剩余能量与等待延时的对应关系，确定自身需等待的延时时长Ti，包括：
根据以下表达式，确定自身需等待的延时时长Ti：
其中，Eava表示所述采集节点i自身的剩余能量，E0表示所述采集节点i自身的能量初始值，Emin表示无线传感器网络中的任一采集节点成为簇头节点的最小能量门限，τ表示最大等待延时，N表示组网次数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述簇头节点为该簇头节点所在的簇中剩余能量最多的采集节点。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述数据路由模块，包括：第一数据路由子模块和第二数据路由子模块；其中，
所述第一数据路由子模块，用于按照基于最小生成树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b；
第二数据路由子模块，用于按照基于最短距离树算法确定的转发簇头节点确定规则，确定所述簇A所在层LA的下一层LB中的簇B，并将初始转发簇头节点指向所述簇B中的簇头节点b。
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