CN106385670A - 移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统，方法包括：初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，移动Sink节点的收集半径；根据重点目标位置信息利用蚁群算法构建巡航路径；根据传感器节点的剩余能量及传感器节点到巡航路径的距离构建分簇路由；在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；移动Sink节点按照巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集；避免簇头不必要的转发能量消耗，在对重点监测目标进行数据采集时能够避免簇头过多转发造成的热点问题从而延长网络使用寿命。

Description

移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统

技术领域

本发明涉及制造物联技术领域，特别涉及一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统。

背景技术

在制造物联中，对大型复杂环境的数据采集和监控是构建整个制造物联网系统的前提和基础。在制造物联中大型复杂区域，如运行重要设备的大型厂区，大型建筑物中的建筑核心点都需要对其数据进行收集和监控。

在某些特定情况下和特定应用下只需对区域中的关键点进行数据采集和监控，如大型厂区中运行的重要设备和可能具有安全隐患的危险区域。在这种情况下感知节点采用的部署方式是混合网络部署，即对目标点附近进行大量的静态感知节点部署，而采用移动Sink节点来完成对目标点附近部署的静态感知节点进行数据收集。在这种制造物联中的混合网络部署方式中，对监测目标点的数据收集时并不要求数据的实时性，而注重数据的完整性。因此在感知节点的部署上也只需要对重点目标进行部署其数据收集也可以按照一定周期进行收集即可，即可以容忍一定程度的数据延迟。

感知节点(如传感器节点)是无线传感器网络中对目标区域进行监测感知的重要器件，其具有能量有限，感知距离有限等诸多限制条件。在无线传感器网络中需要通过感知节点之间的网络连通和数据传输完成对目标监测区域的数据采集。如何能够避免多余的簇头转发能量消耗，从而延长网络寿命，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统，避免了簇头不必要的转发能量消耗，使得在对监测区域的重点监测目标进行数据采集时能够完成避免簇头过多转发造成的热点问题并且通过簇头轮询来延长网络使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法，包括：

初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；

所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。

其中，初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径，包括：

初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

其中，初始化传感器节点的预定参数信息，根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由，包括：

利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择。

其中，初始化传感器节点的预定参数信息，所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集，包括：

所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点进行轮询进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述簇头对收集数据进行去冗余及融合存储。

本发明还提供一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统，包括：

初始化模块，用于初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

巡航路径计算模块，用于根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

分簇路由选择模块，用于根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

数据收集模块，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。

其中，所述初始化模块，包括：

初始化单元，用于初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；

设置单元，用于分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

其中，所述分簇路由选择模块具体为利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择的模块。

其中，所述数据收集模块，包括：

数据采集单元，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点进行轮询进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述簇头对收集数据进行去冗余及融合存储；

数据存储单元，用于所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成周期采集数据的存储。

本发明所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法，包括：初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集；

将该方法与传统数据收集策略对比分析可见该方法在数据收集时将移动Sink节点的数据收集范围内(即感知范围内)的传感器节点(即节点)进行数据直接收集而不采用簇内簇头转发的方式，避免了簇头不必要的转发能量消耗，使得在对监测区域的重点监测目标进行数据采集时能够完成避免簇头过多转发造成的热点问题并且通过簇头轮询来延长网络使用寿命；本发明还提供一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的蚁群算法规划路径时算法流程示意图；

图3为本发明实施例所提供的移动Sink节点巡航采集分簇网络数据示意图；

图4为本发明实施例所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统，避免了簇头不必要的转发能量消耗，使得在对监测区域的重点监测目标进行数据采集时能够完成避免簇头过多转发造成的热点问题并且通过簇头轮询来延长网络使用寿命。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法的流程图；该方法具体可以包括：

S100、初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

具体的，由于静态感知节点(即传感器节点)的能量消耗在传输距离大于传输距离阀值时采用衰减模型，否则采用自由空间模型；由于其传感器本身的限制，在其监测感知可以采用圆盘模型即在传感器节点能够覆盖感知其感知半径内的监测区域，而超过其感知半径区域则不能进行数据感知和传输。在对目标点进行数据感知时，其附近部署的感知节点至少有一个能对其完成覆盖和数据采集。因此在目标的监测区域范围内是采用大量冗余覆盖，其普通传感器节点进行数据感知后具有一定的数处理能力，即融合和转发能力。通过上述可以假设在监测区域范围内目标传感器节点位置已知、传感器节点能量有限、感知半径和传输半径均有限、移动Sink节点能量不受限并可以以一定速度进行移动的数据收集。

因此在进行巡航之前首先要确定监测区域范围、所需监测的重点目标位置，在重点目标附近具有一定冗余度的部署静态数据感知节点(即传感器节点)，通过传感器节点定位获取每个传感器节点位置坐标。

具体的，初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

S110、根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

具体的，基于重点目标位置信息，采用蚁群算法构建移动Sink节点的巡航路径，使得移动Sink节点可以按照此路径进行对整个监测区域中的重点目标点进行完整的路径巡航；请参考图2，首先根据传感器节点位置信息、重点目标位置信息及路径规划方程进行初始化种群，构建信息素矩阵，每只蚂蚁执行移动算子，并进行局部移动算子更新，进行种群评价记录最优解已更新信息素矩阵，当满足终止循环次数时，输出最优解。

例如输入传感器节点与移动Sink节点依据蚁群算法进行路径规划以G＝{V,E}表示，其中V表示移动Sink节点所需巡航的点，E表示其巡航边。用{V1,V2……Vn}的连线表示移动Sink路径。

S120、根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

具体的，对重点监测目标附近的静态感知节点进行分簇路由，其簇头选择基于感知节点的剩余能量和距巡航路径的距离。静态感知节点分簇后进行节点数据向簇头的路由传输，并在簇头节点进行数据去冗余和数据融合存储。

可选的，利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择。即监测目标节点附近感知节点基于剩余能量和距巡航路径距离进行能量均衡的路由树构建，并对设定周期进行周期的分簇路由选择。

S130、所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；

具体的，移动Sink节点沿规划路径进行巡航并建立以自己为圆心和传输半径为半径的数据收集圆，对附近感知节点进行轮询。移动Sink节点按照规划路径进行巡航数据收集，在移动节点进行巡航过程中对在其传输范围内的簇内节点进行直接数据传输，传输范围外节点通过分簇后簇头转发完成数据收集。请参考图3，图中的横纵坐标分别为距离值；圆点表示传感器节点，菱形表示所需巡航的点，三角表示簇头，各菱形形成的连线为巡航路径。

S140、所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。即移动Sink节点进行周期巡航，完成数据的周期采集。

基于上述技术方案，本发明实施例提的移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法，通过移动Sink节点对重点目标附近的传感器节点进行数据收集，通过对移动Sink节点沿巡航路径进行巡航收集时对其传输范围内直接收集和传输范围外进行簇头转发的方式使得传感器节点能够避免多余的簇头转发能量消耗，从而延长网络寿命。

下面对本发明实施例提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统进行介绍，下文描述的移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统与移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法可相互对应参照。

请参考图4，图4为本发明实施例所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统的结构框图；该系统可以包括：

初始化模块100，用于初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

巡航路径计算模块200，用于根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

分簇路由选择模块300，用于根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

数据收集模块400，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。

基于上述实施例，所述初始化模块100包括：

初始化单元，用于初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；

设置单元，用于分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

基于上述实施例，所述分簇路由选择模块300具体为利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择的模块。

基于上述实施例，所述数据收集模块400包括：

数据采集单元，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点进行轮询进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述簇头对收集数据进行去冗余及融合存储；

数据存储单元，用于所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成周期采集数据的存储。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的方法，其特征在于，包括：

初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；

所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径，包括：

初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，初始化传感器节点的预定参数信息，根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由，包括：

利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，初始化传感器节点的预定参数信息，所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集，包括：

所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点进行轮询进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述簇头对收集数据进行去冗余及融合存储。

5.一种移动Sink节点对感知节点的数据收集的系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于初始化传感器节点的预定参数信息，确定监测区域范围内的重点目标位置信息，及移动Sink节点的收集半径；

巡航路径计算模块，用于根据所述重点目标位置信息，利用蚁群算法构建所述移动Sink节点的巡航路径；

分簇路由选择模块，用于根据所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离构建分簇路由；

数据收集模块，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点直接进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述数据收集范围根据所述收集半径确定；所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成数据周期采集。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述初始化模块，包括：

初始化单元，用于初始化传感器节点{S₁,S₂,S₃,......S_n}及移动Sink节点；

设置单元，用于分别设置所述传感器节点的感知半径r_ik1，传输半径r_ik2，所述移动Sink收集半径R，设置所述传感器节点对应的剩余能量{E_left1,E_left2,E_left3,......E_leftn}和所述传感器节点到所述巡航路径的距离{D₁,D₂,D₃,......D_n}。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述分簇路由选择模块具体为利用所述传感器节点的剩余能量及所述传感器节点到所述巡航路径的距离，根据预设周期进行周期的分簇路由选择的模块。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数据收集模块，包括：

数据采集单元，用于所述移动Sink节点在巡航过程中对数据收集范围内的簇内传感器节点进行轮询进行数据采集，对数据收集范围外的传感器节点根据分簇路由通过分簇后的簇头转发进行数据收集；其中，所述簇头对收集数据进行去冗余及融合存储；

数据存储单元，用于所述移动Sink节点按照所述巡航路径进行周期巡航完成周期采集数据的存储。