CN106358281A - 控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取。无源传感器网络包括汇聚节点和传感器节点。控制方法包括步骤能量播撒步骤、能量采集步骤、分层步骤、分簇步骤和数据传递步骤。数据传递步骤进一步包括位置确定步骤和求解步骤。本发明实施方式的控制方法在汇聚节点消耗的能量值最优的情况下，限定所有的传感器节点均能将数据回传给汇聚节点，进而求出中继节点的位置。此外，本发明还公开了一种控制装置。

Description

控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术，特别涉及一种控制方法和控制装置。

背景技术

由于信息化的发展，无线传感器网络需求会越来越广泛，但由于无线传感器网络中传感器节点一般都是小型化设备利用电池来供电，其有限电量的特性限制了其在一些特殊领域的应用，如一些人类难以接触的地方，如海洋、沙漠甚至核辐射区。于是一种全新的无源的无线传感器网络就变的迫在眉睫了。

国内外已经针对这种无源的传感器网络进行了一些研究，如国外主要利用传感器节点环境背反射的方式将汇聚节点播撒的能量接收调制后并反射给汇聚节点。国内则主要采用对传感器节点对环境中散发的微弱能量进行收集，等积累到足够量之后再将信息传给sink的方式。然而这两种方式都有致命缺陷，第一种方式只是针对入射波进行简单的调制后再反射回去，缺乏足够的路由结构和编码方式，如果要达到一种令人满意的结果，则对RFsource的功率要求就会非常大；第二种方式需要一定时间来让传感器节点积累到足够的能量，并且这种方法需要收集环境中的能量，如果环境中能量变化就会导致传感器节点工作不稳定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种控制方法和控制装置。

本发明实施方式的控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点，所述控制方法包括步骤：

能量播撒步骤，所述能量播撒步骤控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；

能量采集步骤，所述能量采集步骤控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；

分层步骤，所述分层步骤根据所述传感器节点与所述汇聚节点的距离将所述传感器节点分层；

分簇步骤，所述分簇步骤根据预定成簇规则将每层的所述传感器节点分簇并选取簇头；和

数据传递步骤，所述数据传递步骤控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者所述中继节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点；

所述数据传递步骤进一步包括：

位置确定步骤，所述位置确定步骤根据第一约束条件集确定所述中继节点的位置，所述第一约束条件集涉及：所述传感器节点接收到的能量减去所述传感器节点处理所述数据消耗的能量大于或等于所述传感器节点将所述数据传递给下一个所述传感器节点所需的能量；和

求解步骤，所述求解步骤将所述汇聚节点消耗能量的最优值代入到所述第一约束条件集中以求出所述中继节点的位置。

在某些实施方式中，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。

在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：

在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；

在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；和

在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。

在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：

判断所述中继节点是否为所述簇头；和

在所述中继节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。

在某些实施方式中，所述数据传递步骤具体包括：

判断所述中继节点是否存活；

在所述中继节点存活时判断所述中继节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；和

在所述中继节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述中继节点将所述数据传递给所述汇聚节点。

本发明实施方式的控制装置，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点，所述控制装置包括：

能量播撒模块，所述能量播撒模块用于控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；

能量采集模块，所述能量采集模块用于控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；

分层模块，所述分层模块用于根据所述传感器节点与所述汇聚节点的距离将所述传感器节点分层；

分簇模块，所述分簇模块用于根据预定成簇规则将每层的所述传感器节点分簇并选取簇头；和

数据传递模块，所述数据传递模块用于控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者所述中继节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点；

所述数据传递模块包括：

位置确定模块，所述位置确定模块用于根据第一约束条件集确定所述中继节点的位置，所述第一约束条件集涉及：所述传感器节点接收到的能量减去所述传感器节点处理所述数据消耗的能量大于或等于所述传感器节点将所述数据传递给下一个所述传感器节点所需的能量；和

求解模块，所述求解模块用于将所述汇聚节点消耗能量的最优值代入到所述第一约束条件集中以求出所述中继节点的位置。

在某些实施方式中，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。

在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：

第一判断模块，所述第一判断模块用于在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；

第一控制模块，所述第一控制模块用于在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；和

第二控制模块，所述第二控制模块用于在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。

在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：

第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述中继节点是否为所述簇头；

所述数据传递模块用于在所述中继节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。

在某些实施方式中，所述数据传递模块包括：

第三判断模块，所述第三判断模块用于判断所述中继节点是否存活；和

第四判断模块，所述第四判断模块用于在所述中继节点存活时判断所述中继节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；

所述数据传递模块用于在所述中继节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述中继节点将所述数据传递给所述汇聚节点。

本发明实施方式的控制方法及控制装置在汇聚节点消耗的能量值最优的情况下，限定所有的传感器节点均能将数据回传给汇聚节点，进而求出中继节点的位置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的控制方法的流程示意图。

图2是本发明实施方式的控制方法的另一流程示意图。

图3是本发明实施方式的控制方法的又一流程示意图。

图4是本发明实施方式的控制方法的再一流程示意图。

图5是本发明实施方式的无线传感器网络的示意图。

图6是本发明实施方式的控制装置的功能模块示意图。

主要元件及符号说明：

控制装置10、能量播撒模块11、能量采集模块12、分层模块13、分簇模块14、数据传递模块15、位置确定模块151、求解模块152、第一判断模块153、第一控制模块154、第二控制模块155、第二判断模块156、第三判断模块157、第四判断模块158。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本发明实施方式的控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取。无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点。控制方法包括步骤：

能量播撒步骤S10，能量播撒步骤S10控制汇聚节点播撒能量至整个无源传感器网络；

能量采集步骤S20，能量采集步骤S20控制传感器节点采集汇聚节点播撒的能量；

分层步骤S30，分层步骤S60根据传感器节点与汇聚节点的距离将传感器节点分层；

分簇步骤S40，分簇步骤S30根据预定成簇规则将每层的传感器节点分簇并选取簇头；和

数据传递步骤S50，数据传递步骤S40控制每簇的传感器节点将数据传递给对应的簇头然后传递给汇聚节点或者中继节点以最终传递给汇聚节点，并关闭传递完数据的传感器节点；

数据传递步骤S50进一步包括：

位置确定步骤S51，位置确定步骤S51根据第一约束条件集确定中继节点的位置，第一约束条件集涉及：传感器节点接收到的能量减去传感器节点处理数据消耗的能量大于或等于传感器节点将数据传递给下一个传感器节点所需的能量；和

求解步骤S52，求解步骤S52将汇聚节点消耗能量的最优值代入到第一约束条件集中以求出中继节点的位置。

本发明实施方式的控制方法在汇聚节点消耗的能量值最优的情况下，限定所有的传感器节点均能将数据回传给汇聚节点，进而求出中继节点的位置。

具体地，假设能量自由空间传输，汇聚节点播撒的能量的最优值为C_min，传感器节点接收到的能量为l为传感器节点到汇聚节点的直线距离。可以理解的是，每个传感器节点包括发送端和接收端，可以用于处理传感器节点接收和发送的数据。假设每个传感器节点的数据包的个数均为K，并且每个传感器节点发送一个数据包到另一个与该传感器节点距离为d的传感器节点所需消耗的能量为

E_tx*K+E_mp*d²*K

d＝f(R_i,R_i+1)

其中，E_tx为发送端处理单位数据包消耗的能量，E_mp为传感器节点传输单位数据包单位距离消耗的能量，f(R_i,R_i+1)为第i层中继节点传输到第i+1层中继节点的距离。

无源传感器网络的拓扑模型是一个以汇聚节点为圆心、半径为L的圆形，可以按照传感器节点与汇聚节点的距离进行均匀分层处理，例如分成N层，每层形成一个圆环，圆环的环宽为当传感器节点的能量满足时，称节点处于第i层，i＝0,…N-1，当i＝0时，传感器节点位于最外层，其中，R_i为第i层传感器节点以汇聚节点为圆心的半径，R_i+1为第i+1层传感器节点以汇聚节点为圆心的半径。R_i满足以下关系式：

$\frac{C_{\min }}{{R_0}^2}-E_{tx}*K\≥E_{mp}*f{(R_0,R_1)}^2*K$

……

$\frac{C_{min}}{{R_i}^2}-E_{tx}*K_i-E_{rx}*K_i\≥E_{mp}*f{(R_i,R_{i+1})}^2*K_i$

也即是说，当前处于距离汇聚节点R_i的传感器节点，有足够的能量完成接收上一层的数据包、处理当前层的数据包以及将自己所含有的所有数据包中继到下一层。

其中，f(R_i,R_i+1)为第i层中继节点传输数据到第i+1层中继节点的距离；其中，K为每个传感器节点的数据包的个数；K_i为第i层中继节点需要向第i+1层中继节点发送的数据包的平均个数；p为无源传感器网络中传感器节点成为簇头的概率，即用于衡量该中继节点需要从多少个传感器节点汇聚数据。

由上述不等式组可以求解出f(R_i,R_i+1)的最大值f^*(R_i,R_i+1)。未知量只剩下求解R_i，即具体分层的参数。由此可以构造一个二元函数：

$G(R_i,R_{i+1})=\frac{C_{min}}{{R_i}^2}-(E_{tx}-E_{rx})*\frac{{R_0}^2-{R_{i+1}}^2}{({R_i}^2-{R_{i+1}}^2)*p}K-E_{mp}*f*(R_i,R_{i+1})*K_i$

利用拉格朗日算法，分别对R_i和R_i+1求解偏导：

$\frac{C_{min}}{{R_0}^2}-E_{tx}*K\≥E_{mp}*f*{(R_0,R_1)}^2*K---\left(3\right)$

其中，R₀为无源传感器网络的边界，R₀的值为已知。利用数值仿真，可以求解出每个R_i，i＝1，2，…N-1，即找出使等式(1)、(2)左边最接近0值的点。

由此，可以确定无源传感器网络分层的具体参数，即每一层的边界。在每一层里，传感器节点进行分簇，每层分成若干个簇。在传感器节点选取内层的中继节点时，优先选取比f^*(R_i,R_i+1)的值小且最相近该值的簇头节点作为中继节点。

如此，可以在汇聚节点消耗的能量值最优，即能量利用效率最高的情况下，选择出中继节点以便传感器节点将数据传递至下一层，进而以最少的能量完成无源传感器网络中每一个传感器节点的数据的回传。

在某些实施方式中，控制方法还包括计算汇聚节点消耗的能量的最优值的步骤。

具体地，在一个例子中，假设汇聚节点播撒能量持续的时间为t，在能量自由空间传播时，每个传感器节点接收到的能量为

$E_i=P_t{\[\frac{\sqrt{G_l}\mathrm{\λ}}{4{\mathrm{\πd}}_i}\]}^{2}t$

其中，P_t为发射功率，为天线增益，λ为波长，d_i为传感器节点与汇聚节点之间的距离。

进一步地，每个传感器节点包括发送端和接收端，可以用于处理传感器节点接收和发送的数据。假设E_tx为发送端处理单位bit消耗的能量，E_rx为接收端处理单位bit消耗的能量，E_mp为传感器节点传输单位bit单位距离消耗的能量，k_i为第i轮中簇头接收到的bit的数量，k₀为每个传感器节点平均发出的bit数量，p为每一轮中传感器节点成为簇头的概率，f(d_i,d_i+1)为第i轮中簇头与第i+1轮中簇头最小距离的平均值。我们可以得出：

f(d_i,d_i+1)²＝θ²(d_i-d_i+1)²

其中，θ>1，θ可根据实际情况决定。传感器节点分布越密集，则θ越小；传感器节点分布越疏松，则θ越大。我们可以得出：

$k_i=\frac{k_0{d_0}^2}{{{\mathrm{pd}}_i}^2}$

$E_i=\frac{C}{{d_i}^2}$

我们可以定义能量利用效率为其中，k为汇聚节点收到的数据比特数量综合。

在传感器节点回传数据量K一定的前提下，最优化能量利用效率意味着最优化传输能量。要解决的问题即为：在传感器节点接收到的能量减去传感器节点处理数据消耗的能量大于传感器节点将数据传递给下一个传感器节点所需的能量前提下，使得汇聚节点消耗的能量C最小，即：

min C

$\begin{array}{cc}s.t.& \frac{C}{{d_0}^2}-E_{tx}*k_0>E_{mp}*k_0*f{(d_0,d_1)}^2\end{array}$

为保证每一个传感器节点都能够顺利的完成数据回传，以此类推，

$\frac{C}{{d_i}^2}-E_{tx}*k_i-E_{rx}*k_i>E_{mp}*k_i*f{(d_i,d_{i+1})}^2$

我们可以得到：

f(c)>θd₀

由此通过调节θ的值，可以收敛得到汇聚节点消耗的能量C的最优值C_min，汇聚节点根据此能量最优值C_min播撒能量至整个无源传感器网络，传感器节点进而完成后续的能量接收及信息采集任务。

需要理解的是，本发明实施方式中的传感器节点包括簇头和中继节点。

在某些实施方式，数据包括传感器节点自身所采集的数据和/或由其他传感器节点传递的数据。

例如，当传感器节点为最外层的传感器节点时，传感器节点所传递的数据只包括自身所收集到的数据，当数据传递次数大于等于2时，传感器节点所传递的数据包括传感器节点自身所收集到的数据和由其他传感器节点传来的数据。如此，可实现数据一层层的传递，使得有用数据能完整的传递至汇聚节点。

请参阅图2，在某些实施方式中，数据传递步骤S50具体包括：

步骤S53，在每个传感器节点将数据传递出去后判断每个传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；

步骤S54，在当前能量大于等于休眠所需能量时控制传感器节点进入休眠模式；和

步骤S55，在当前能量小于休眠所需能量时控制传感器节点暂时关闭。

如此，通过控制传递完数据的传感器节点进入休眠模式或暂时关闭，可减少能量的损耗，而且当新一轮播撒能量过程开始后，暂时关闭的传感器节点可采集能量重新开始工作。

请参阅图3，在某些实施方式中，数据传递步骤S50具体包括：

步骤S56，判断中继节点是否为簇头；和

步骤S57，在中继节点不为簇头时将数据优先传递给簇头以最终传递给汇聚节点。

本发明实施方式的控制方法中，中继节点不一定是簇头，当某层的传感器节点或者簇头所具有的能量较少时，为了保证传感器节点的数据能够最终回传给汇聚节点，中继节点可以是距离汇聚节点更近的传感器节点，该中继节点优先将数据传递给自己的簇头。优先传递给自己的簇头是与前面的成簇规则相对应的，综合相对位置和当前能量来看，簇头势必比传感器节点更具有优势，能更有效的传递数据。

请参阅图4，在某些实施方式中，数据传递步骤S50具体包括：

步骤S58，判断中继节点是否存活；

步骤S59，在中继节点存活时判断中继节点与汇聚节点的距离是否小于预定距离；和

步骤S60，在中继节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，控制中继节点将数据传递给汇聚节点。

当存活的中继节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，即可通过中继节点将数据传递给汇聚节点。这些存活的且与汇聚节点的距离小于预定距离的中继节点数量不止一个。如此，可避免这些的中继节点又将数据传递给距离汇聚节点最近的一个中继节点，造成传递次数的增加和能量的不必要消耗。

可以理解的是，当存活的中继节点与汇聚节点的距离大于预定距离时，当前中继节点继续将数据传递给下一层的中继节点。

下面举例对本发明实施方式的控制方法进行详细说明，请参阅图5，在无源传感器网络中，传感器节点集合为{S}＝{S₁,…,S_n}，其中n为网络中传感器数量。汇聚节点的标识为AP。汇聚节点AP播撒能量至整个网络，所有的传感器节点采集汇聚节点AP播撒的能量。本实施方式的控制方法中，传感器节点接收信号、处理数据、回传数据的能量全部来源于汇聚节点AP播撒的能量，距离汇聚节点AP远的传感器节点处理数据能力较弱，距离汇聚节点AP近的节点采集的能量较多，承担更多的数据处理任务。

根据成簇规则f(E₁,…,E_n,d₁,…,d_n)，形成了若干个最外层的分簇，簇头标识为{C_a,b,c}，其中a为当前形成簇的层数，b为簇的序号，c代表传递次数。每个分簇里的节点数量并不一定相同。分簇中的传感器节点将数据传递给簇头，以节省能量，同时休眠，若没有能量休眠则暂时关闭。

最外层的一些节点如S₁，将数据传递给自己的簇头C_1,m,1，其中，1代表的是第一层，m代表该簇在第二层的某序号，1代表第1次传递。C_1,m,1在网络中的传感器节点标号为S_r1，r1为某个具体序号。

C_1,m,1(S_r1)将数据传给中继节点S_r2。S_r2不一定是簇头。在无源传感器网络中，传感器节点有较大的概率会将数据回传给下一层簇的簇头，但是并不是100％会传递给簇头，有相当的概率会传递给相邻簇或者高层簇中的某一个传感器节点。当S_r2是簇头时，S_r2(C_2,n,2)继续将数据传递给传给距离AP更近的一个中继节点S_r3。当S_r2不是簇头时，S_r2将数据传递给S_r2所在的簇的簇头C_2,n,3，其中，2代表的是第二层簇，n代表该簇在第二层的某序号，3代表第三次传递。若S_r2所在的簇头C_2,n,3留存的能量处理数据的能力较低，那么S_r2会绕过它所在簇的簇头，选择临近的簇或高层簇的某一个中继节点进行传递。

例如，如图中所示，数据传递路径S₁→C_1,1,1(S_r1)→C_2,1,2(S_r2)→S_r3(某个传感器节点)→C_3,1,4(Sr4)(其中r1、r2、r3、r4为某个具体序号)

以此类推，最后数据会传递给某个与汇聚节点距离一定范围内的节点C_{a′,b′,c′}(S_r′)，节点C_{a′,b′,c′}(S_r′)将数据回传给AP。每一个节点都形成了自己的路径{C_1,*,*(S_r)，C_2,*,*(S_r)…}，其中，*为序号，会根据网络每一回合的情况而变化。

这样，每一个节点形成了一套数据回传路径，距离汇聚节点AP近的节点的数据回传路径包含在距离汇聚节点AP远的节点的路径中。

数据回传至汇聚节点AP后，此轮结束。进行下一轮，汇聚节点AP再播撒能量，节点按照以上规则回传数据。每轮数据回传的路径都在持续变化。如此，可使得每轮数据回传过程中，网络中每个传感器节点都能以最大概率传输有用数据到汇聚节点。

请参阅图6，本发明实施方式的控制装置10，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取。无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点。控制装置10包括能量播撒模块11、能量采集模块12、分层模块13、分簇模块14和数据传递模块15。数据传递模块15包括位置确定模块151和求解模块152。能量播撒模块11用于控制汇聚节点播撒能量至整个无源传感器网络。能量采集模块12用于控制传感器节点采集汇聚节点播撒的能量。分层模块13用于根据传感器节点与汇聚节点的距离将传感器节点分层。分簇模块14用于根据预定成簇规则将每层的传感器节点分簇并选取簇头。数据传递模块15用于控制每簇的传感器节点将数据传递给对应的簇头然后传递给汇聚节点或者中继节点以最终传递给汇聚节点，并关闭传递完数据的传感器节点。位置确定模块151用于根据第一约束条件集确定中继节点的位置，第一约束条件集涉及：传感器节点接收到的能量减去传感器节点处理数据消耗的能量大于或等于传感器节点将数据传递给下一个传感器节点所需的能量。求解模块152用于将汇聚节点消耗能量的最优值代入到第一约束条件集中以求出中继节点的位置。

本发明实施方式的控制装置10可以用于实现本发明实施方式的控制方法。

本发明实施方式的控制方法在汇聚节点消耗的能量值最优的情况下，限定所有的传感器节点均能将数据回传给汇聚节点，进而求出中继节点的位置。

需要指出的是，上述对控制方法的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的控制装置10，在此不再详细展开。

在某些实施方式中，数据包括传感器节点自身所采集的数据和/或由其他传感器节点传递的数据。

需要指出的是，上述对控制方法的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的控制装置10，在此不再详细展开。

在某些实施方式中，数据传递模块15包括第一判断模块153、第一控制模块154和第二控制模块155。第一判断模块153用于在每个传感器节点将数据传递出去后判断每个传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量。第一控制模块154用于在当前能量大于等于休眠所需能量时控制传感器节点进入休眠模式。第二控制模块155用于在当前能量小于休眠所需能量时控制传感器节点暂时关闭。

需要指出的是，上述对控制方法的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的控制装置10，在此不再详细展开。

在某些实施方式中，数据传递模块15包括第二判断模块156。第二判断模块156用于判断中继节点是否为簇头。数据传递模块15用于在中继节点不为簇头时将数据优先传递给簇头以最终传递给汇聚节点。

需要指出的是，上述对控制方法的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的控制装置10，在此不再详细展开。

在某些实施方式中，数据传递模块15包括第三判断模块157和第四判断模块158。第三判断模块157用于判断中继节点是否存活。第四判断模块158用于在中继节点存活时判断中继节点与汇聚节点的距离是否小于预定距离。数据传递模块15用于在中继节点与汇聚节点的距离小于预定距离时，控制中继节点将数据传递给汇聚节点。

需要指出的是，上述对控制方法的实施方式的解释说明也适用于本发明实施方式的控制装置10，在此不再详细展开。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种控制方法，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取，其特征在于，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点，所述控制方法包括步骤：

能量播撒步骤，所述能量播撒步骤控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；

能量采集步骤，所述能量采集步骤控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；

分层步骤，所述分层步骤根据所述传感器节点与所述汇聚节点的距离将所述传感器节点分层；

分簇步骤，所述分簇步骤根据预定成簇规则将每层的所述传感器节点分簇并选取簇头；和

数据传递步骤，所述数据传递步骤控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者所述中继节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点；

所述数据传递步骤进一步包括：

位置确定步骤，所述位置确定步骤根据第一约束条件集确定所述中继节点的位置，所述第一约束条件集涉及：所述传感器节点接收到的能量减去所述传感器节点处理所述数据消耗的能量大于或等于所述传感器节点将所述数据传递给下一个所述传感器节点所需的能量；和

求解步骤，所述求解步骤将所述汇聚节点消耗能量的最优值代入到所述第一约束条件集中以求出所述中继节点的位置。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数据传递步骤具体包括：

在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；

在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；和

在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数据传递步骤具体包括：

判断所述中继节点是否为所述簇头；和

在所述中继节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数据传递步骤具体包括：

判断所述中继节点是否存活；

在所述中继节点存活时判断所述中继节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；和

在所述中继节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述中继节点将所述数据传递给所述汇聚节点。

6.一种控制装置，用于控制无源传感器网络中数据的回传和中继节点的选取，其特征在于，所述无源传感器网络包括汇聚节点及传感器节点，所述控制装置包括：

能量播撒模块，所述能量播撒模块用于控制所述汇聚节点播撒能量至整个所述无源传感器网络；

能量采集模块，所述能量采集模块用于控制所述传感器节点采集所述汇聚节点播撒的能量；

分层模块，所述分层模块用于根据所述传感器节点与所述汇聚节点的距离将所述传感器节点分层；

分簇模块，所述分簇模块用于根据预定成簇规则将每层的所述传感器节点分簇并选取簇头；和

数据传递模块，所述数据传递模块用于控制每簇的所述传感器节点将所述数据传递给对应的所述簇头然后传递给所述汇聚节点或者所述中继节点以最终传递给所述汇聚节点，并关闭传递完所述数据的所述传感器节点；

所述数据传递模块包括：

位置确定模块，所述位置确定模块用于根据第一约束条件集确定所述中继节点的位置，所述第一约束条件集涉及：所述传感器节点接收到的能量减去所述传感器节点处理所述数据消耗的能量大于或等于所述传感器节点将所述数据传递给下一个所述传感器节点所需的能量；和

求解模块，所述求解模块用于将所述汇聚节点消耗能量的最优值代入到所述第一约束条件集中以求出所述中继节点的位置。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述数据包括所述传感器节点自身所采集的所述数据和/或由其他所述传感器节点传递的所述数据。

8.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述数据传递模块包括：

第一判断模块，所述第一判断模块用于在每个所述传感器节点将所述数据传递出去后判断每个所述传感器节点的当前能量是否大于等于休眠所需能量；

第一控制模块，所述第一控制模块用于在所述当前能量大于等于休眠所需能量时控制所述传感器节点进入休眠模式；和

第二控制模块，所述第二控制模块用于在所述当前能量小于休眠所需能量时控制所述传感器节点暂时关闭。

9.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述数据传递模块包括：

第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述中继节点是否为所述簇头；

所述数据传递模块用于在所述中继节点不为所述簇头时将所述数据优先传递给所述簇头以最终传递给所述汇聚节点。

10.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述数据传递模块包括：

第三判断模块，所述第三判断模块用于判断所述中继节点是否存活；和

第四判断模块，所述第四判断模块用于在所述中继节点存活时判断所述中继节点与所述汇聚节点的距离是否小于预定距离；

所述数据传递模块用于在所述中继节点与所述汇聚节点的距离小于预定距离时，控制所述中继节点将所述数据传递给所述汇聚节点。