[发明专利]一种基于能耗均衡树的移动Sink数据收集方法

权利要求书

1.一种基于能耗均衡树的移动Sink数据收集方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立最小代价数据收集树；包括：

1-1)令距离网络几何中心位置最近的节点，为根节点，记为S₀，令其为第0层节点；若距离网络几何中心位置最近的节点不止一个，则随机选择其中之一，作为根节点；

1-2)所述根节点向其一跳范围内的所有节点发送广播包，令收到该广播包的各节点为根节点的直接子节点，即第1层节点，并向根节点返回确认包，表示其加入数据收集树中；

1-3)令当前数据收集树的高度为k，使位于第k层上的各节点，向其一跳范围内的所有节点发送广播包，使更多的节点加入数据收集树中；

1-4)对于尚未加入数据收集树中的节点S_j，若其仅收到了第k层某个节点S_i的广播包，则S_j为S_i的直接子节点，即数据收集树的第k+1层节点；若S_j收到了多个来自第k层节点的广播包，则S_j按照公式：W(S_i,S_j)＝W'(S_i)×dis(S_i,S_j)，计算出其与这些节点之间的数据传输权重值W(S_i,S_j)，选择最小权重值所对应的S_i作为S_j的直接父节点，并向该S_i返回确认包，表示加入数据收集树中，其中，S_i是第k层中向S_j发送广播包的节点，dis(S_i,S_j)是S_i与S_j的欧氏距离，W'(S_i)是S_i节点的“候选权重值”；

1-5)当所有步骤1-4)中的节点S_j均找寻到了其直接父节点并加入数据收集树之后，令k＝k+1，此时返回步骤1-3)，直到所有节点均已加入数据收集树中为止；

2)划分数据收集子树；包括：

2-1)根节点S₀广播“划分数据收集子树”的消息包，S₀的所有直接子节点均接收到该消息包，并分别根据式(1)计算自身的优先级：

其中，P(S_i)表示节点S_i的优先级，Num_t(Parent(S_i))表示S_i的直接父节点所拥有的子孙节点总数，Num_t(S_i)表示节点S_i在计算优先级的过程中，可能拥有的子孙节点总数，D(S₀,...,S_k)表示当前已经划分出的各数据收集子树的根节点经过TSP模型求解所得到的路径长度，D(S₀,...,S_k,S_i)表示若在此k+1个节点的基础上再增加节点S_i后，经过TSP模型求解所得到的路径长度；子孙节点为直接父亲点连接的下一层节点；

Num_t(S_i)的计算如下：

假设在当前的数据收集树中，存在S_i的某个邻居节点S_j同时满足如下两个条件：a、S_j并非S_i的子孙节点，也不是当前正在进行优先级计算的节点；b、S_j与S_i的距离小于与其当前直接父节点的距离；

则临时将S_j作为S_i的直接子节点，并将以S_j为根节点的数据收集子树临时加入为以S_i为根节点的数据收集子树，参与S_i的优先级计算，即：

Num_t(S_i)＝Num_t(S_i)+Num_t(S_j)

若不存在这样的节点S_j，则Num_t(S_i)的值不变，即为S_i当前实际的子孙节点总数；

2-2)将优先级最高的一个节点S_i作为数据收集子树的根节点；

2-3)当前存在的数据收集子树的所有直接子节点都按照式(1)来计算其自身在下一次划分子树的过程中，成为子树根节点的可能性：

2-4)经过优先级比较后，S_i成为了数据收集子树的根节点，将全网范围内的节点S_j断开与其原直接父节点间的连接，而选择S_i作为其直接父节点，以S_j为根节点的数据收集子树也将作为以S_i为根节点的数据收集子树的一部分；

3)基于Sink移动轨迹对划分的数据收集子树进行调整，包括：

3-1)在当前所形成的各数据收集子树中，若存在某数据收集子树的根节点S_i满足d(S_i,path)r_t，则说明S_i已无法向Sink上传数据，此时，在以S_i为根节点的数据收集子树中，找寻d(S_i,path)值最小的节点S_j，若其d(S_i,path)≦r_t，则将S_j作为该数据收集子树的根节点，包括S_i在内剩余所有节点，按照步骤1)重新依次建立与S_j间的单跳或多跳连接；其中，d(S_i,path)为节点S_i到Sink移动轨迹的最短距离，r_t为通信半径；

3-2)若数据收集子树中不存在满足d(S_i,path)≦r_t的节点，则在该数据收集子树的各节点中，分别找寻满足条件的邻居节点，并根据下式计算权重W”(S_l)：

W”(S_l)＝E_r(S_l)/(dis(S_k,S_l)+dis(S_l,path))

将权重值最大的节点S_l作为该子树的新的根节点，其中，S_k表示数据收集子树中的节点，S_l表示S_k的邻居节点，E_r(S_l)为节点S_l的初始能量，dis(S_k,S_l)为S_k与S_l的欧氏距离，dis(S_l,path)为S_l与Sink的欧氏距离；

若仍不存在满足条件的节点，则称该数据收集子树称为“孤立树”，通过增大该数据收集子树根节点的收发功率或放宽对移动Sink的数据收集周期与移动路径长度的约束后，重新返回步骤1)；

3-3)将所有满足d(S_i,path)≦r_t的节点S_i，定义为遍历节点，对于任一遍历节点S_i：若S_i已经是当前数据收集子树的根节点，则不做任何操作；若S_i并非当前任何一棵数据收集子树的根节点，则其断开与其直接父节点的连接，并作为根节点，与其子孙节点构成一棵新的数据收集子树。