[发明专利]基于逻辑节点的无线传感器网络可靠数据收集方法及装置

权利要求书

1.一种基于逻辑节点的无线传感器网络可靠数据收集方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置网络层次信息，以将无线传感器网络内所有节点进行层次标记；所述设置网络层次信息，进一步包括：

将sink节点的层次标记初始化为0，并将传感器节点的层次标记初始化为无穷大，且所述sink节点的子节点集初始化为空，并将所述传感器节点的父节点集和子节点集均初始化为空；

使所述sink节点向周围节点广播其层次消息0；

将接收到所述层次消息0的节点更新层次标记为1，并且将所述sink节点记入其父节点集，并向所述sink节点返回应答；

在所述sink节点收到应答后，将应答发送方记入其子节点集CL_sink；

使所述层次标记为1的节点继续广播其层次消息1；

接收到所述层次消息为1的节点判断自身的层次标记是否大于2，其中，若是，则更新其层次标记为2，且将层次消息发送方记入其父节点集，向所述层次消息发送方返回应答，否则层次标记为2的节点继续广播其层次消息2，直到所述无线传感器网络内所有节点都有层次标记，以L_j表示物理节点v_j的层次标记；

当传感器节点收到应答时，将应答发送方记入其子节点集；

根据层次标记后的节点构建候选逻辑节点；所述根据层次标记后的节点构建候选逻辑节点，进一步包括：

将所述无线传感器网络内所有节点均初始化为非叶子节点和非逻辑节点；

根据记录的所述节点父节点集和所述子节点集，若节点v_m的子节点集为空，则节点v_m的is_leaf属性置为true；

从最底层非叶子节点v_k开始，v_k向其父节点v_i发送子节点集信息，并逐层往上；

在所述父节点v_i收集到所有子节点发出的所述子节点集信息后，对所述父节点v_i全部子节点集CL_i进行两两全组合，以得到候选逻辑节点集C_LN_i；

对候选逻辑节点内的物理节点v_j和物理节点v_k的子节点集CL_j和子节点集CL_k进行比较，以得到共同子节点集及元素个数；

若所述元素个数为零，则为无效逻辑节点，并去掉无效逻辑节点；

根据所述候选逻辑节点选择逻辑节点；所述根据所述候选逻辑节点选择逻辑节点，进一步包括：

初始化逻辑节点集LN_i为空集；

选择元素个数值最大的候选逻辑节点CLN_j，k作为逻辑节点，并更新逻辑节点集LN_i，其中，当存在多个元素个数值最大的候选逻辑节点，则优先选择非逻辑节点成员组成的候选逻辑节点；

使父节点v_i向构成逻辑节点的物理节点v_j和物理节点v_k发送ln_confirm_message，以使物理节点收到消息后设置自身is_ln属性为true，且记录彼此的标识；

更新SCL_l，m＝SCL_l，m-SCL_j，k；若SCL_l，m_size＝0，则CLN_l，m为冗余逻辑节点，并从所述候选逻辑节点集C_LN_i中删除；

更新所述候选逻辑节点集C_LN_i＝C_LN_i-CLN_j，k，直至所述候选逻辑节点集C_LN_i为空；以及

对所述逻辑节点进行负载均衡，以收集目标数据；所述对所述逻辑节点进行负载均衡，以收集目标数据，进一步包括：

对于逻辑节点LN_A，B，节点v_a的剩余能量记为AE_A，节点v_b的剩余能量记为AE_B；记传输一条单位数据的能量消耗记为e，节点v_a剩余能量中服务于共同子节点的能量记为LE_A，节点v_b剩余能量中服务于共同子节点的能量记为LE_B；节点v₂，v₃，v₄向逻辑节点LN_A，B上传数据量记为TE₂，TE₃，TE₄，节点v₁向节点v_a上传数据量记为TE₁，则在逻辑节点LN_A，B中节点v_a的LE_A＝AE_A-TE₁×e，节点v_b的LE_B＝AE_B；

更新LE_A＞LE_B和TE₂＞TE₃＞TE₄，则v₂选择v_a为下一跳转发节点，更新LE_A＝LE_A-TE₂×e；

比较LE_A与LE_B，选择其中较大者，对于LE_A＞LE_B，则v₃选择v_a为下一跳转发节点，更新LE_A＝LE_A-TE₃×e；

比较LE_A与LE_B，选择较大者，对于LE_A＜LE_B，则v₄选择v_b为下一跳转发节点，更新LE_B＝LE_B-TE₄×e；

以实现通过比较逻辑节点内两个物理节点的剩余能量，从而由剩余能量大的物理节点承担传输开销大的子节点的数据转发任务，实现逻辑节点内的负载均衡。

2.一种基于逻辑节点的无线传感器网络可靠数据收集装置，包括：

设置模块，用于设置网络层次信息，以将无线传感器网络内所有节点进行层次标记；所述设置模块，进一步包括：

转化单元，用于将sink节点的层次标记初始化为0，并将传感器节点的层次标记初始化为无穷大，且所述sink节点的子节点集初始化为空，并将所述传感器节点的父节点集和子节点集均初始化为空；

第一广播单元，用于使所述sink节点向周围节点广播其层次消息0；

更新单元，用于将接收到所述层次消息0的节点更新层次标记为1，并且将所述sink节点记入其父节点集，并向所述sink节点返回应答；

第一记录单元，用于在所述sink节点收到应答后，将应答发送方记入其子节点集CL_sink；

第二广播单元，用于使所述层次标记为1的节点继续广播其层次消息1；

判断单元，用于接收到所述层次消息为1的节点判断自身的层次标记是否大于2，其中，若是，则更新其层次标记为2，且将层次消息发送方记入其父节点集，向所述层次消息发送方返回应答，否则层次标记为2的节点继续广播其层次消息2，直到所述无线传感器网络内所有节点都有层次标记，以L_j表示物理节点v_j的层次标记；

第二记录单元，用于当传感器节点收到应答时，将应答发送方记入其子节点集；

构建模块，用于根据层次标记后的节点构建候选逻辑节点；所述构建模块，进一步用于：

将所述无线传感器网络内所有节点均初始化为非叶子节点和非逻辑节点；

根据记录的所述节点父节点集和所述子节点集，若节点v_m的子节点集为空，则节点v_m的is_leaf属性置为true；

从最底层非叶子节点v_k开始，v_k向其父节点v_i发送子节点集信息，并逐层往上；

在所述父节点v_i收集到所有子节点发出的所述子节点集信息后，对所述父节点v_i全部子节点集CL_i进行两两全组合，以得到候选逻辑节点集C_LN_i；

对候选逻辑节点内的物理节点v_j和物理节点v_k的子节点集CL_j和子节点集CL_k进行比较，以得到共同子节点集及元素个数；

若所述元素个数为零，则为无效逻辑节点，并去掉无效逻辑节点；

选择模块，用于根据所述候选逻辑节点选择逻辑节点；所述选择模块，进一步用于：

初始化逻辑节点集LN_i为空集；

选择元素个数值最大的候选逻辑节点CLN_j，k作为逻辑节点，并更新逻辑节点集LN_i，其中，当存在多个元素个数值最大的候选逻辑节点，则优先选择非逻辑节点成员组成的候选逻辑节点；

使父节点v_i向构成逻辑节点的物理节点v_j和物理节点v_k发送ln_confirm_message，以使物理节点收到消息后设置自身is_ln属性为true，且记录彼此的标识；

更新SCL_l，m＝SCL_l，m-SCL_j，k；若SCL_l，m_size＝0，则CLN_l，m为冗余逻辑节点，并从所述候选逻辑节点集C_LN_i中删除；

更新所述候选逻辑节点集C_LN_i＝C_LN_i-CLN_j，k，直至所述候选逻辑节点集C_LN_i为空；以及

收集模块，用于对所述逻辑节点进行负载均衡，以收集目标数据；所述收集模块，进一步用于：

对于逻辑节点LN_A，B，节点v_a的剩余能量记为AE_A，节点v_b的剩余能量记为AE_B；记传输一条单位数据的能量消耗记为e，节点v_a剩余能量中服务于共同子节点的能量记为LE_A，节点v_b剩余能量中服务于共同子节点的能量记为LE_B；节点v₂，v₃，v₄向逻辑节点LN_A，B上传数据量记为TE₂，TE₃，TE₄，节点v₁向节点v_a上传数据量记为TE₁，则在逻辑节点LN_A，B中节点v_a的LE_A＝AE_A-TE₁×e，节点v_b的LE_B＝AE_B；

更新LE_A＞LE_B和TE₂＞TE₃＞TE₄，则v₂选择v_a为下一跳转发节点，更新LE_A＝LE_A-TE₂×e；

比较LE_A与LE_B，选择其中较大者，对于LE_A＞LE_B，则v₃选择v_a为下一跳转发节点，更新LE_A＝LE_A-TE₃×e；

比较LE_A与LE_B，选择较大者，对于LE_A＜LE_B，则v₄选择v_b为下一跳转发节点，更新LE_B＝LE_B-TE₄×e；

以实现通过比较逻辑节点内两个物理节点的剩余能量，从而由剩余能量大的物理节点承担传输开销大的子节点的数据转发任务，实现逻辑节点内的负载均衡。