[发明专利]一种仅对连通支配集中节点增加占空比的数据收集方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中通过增加连通支配集节点占空比的数据收集方法用于提高网络能量的有效性和降低传输延迟。该发明方法首先选择一部分节点构建包含sink的连通支配集，网络中所有的数据都经过连通支配集上的节点路由到sink。

连通支配集的构建主要分为两个阶段，保证支配集覆盖网络和保证支配节点与sink连通。具体如下：(1)支配集的形成过程：首先选择N₀个节点作为支配节点(N₀在下文中给出)，而对于网络中的其他节点，如果某一节点不能与任意一个支配节点通信，则将该节点激活为支配节点，该过程一直持续到所有节点都能与支配节点通信；(2)连通集的形成过程：每个节点通过广播扩散算法获得到达sink的最小跳数(用N_s表示)，然后仅支配节点进行广播扩散，如果某个支配节点找不到比自身N_s值小的支配节点，则在自身的通信范围内增加一个支配节点，使得自己有到达sink更小跳数的下一跳节点，该过程一直持续到所有的支配节点都能建立与sink的路由。N₀可以表示为下式：

其中，网络区域的面积为P_area，传感器的通信半径为r。

2.在该发明方法中，支配节点采用占空比的模式，并且支配节点的占空比依据节点剩余能量动态调整，这里的剩余能量是指节点的能耗与网络中最大节点能耗的差值，其中节点的能耗可以表示为：

其中，表示节点感测环境的能耗，表示节点低功率监听的能耗，表示节点发送一个数据包的能耗，表示节点接收一个数据包的能耗，为节点发送的数据包个数，为节点接收的数据包个数。

假定表示节点的占空比，ε_sen，ε_s，ε_t，ε_r分别表示节点的感知功率，睡眠功率，传输功率与接收功率，S_d，S_p与S_al分别表示数据分组持续时间，前导码持续时间与确认窗口ACK持续时间，t_com与t_sen分别表示节点的通信周期与感知周期。为防止目标漏检情况的发生，节点的感知模块一直是处于工作状态的，所以节点的可以表示为：

发送与接收一个数据包的能耗可分别表示为：

对于节点低功率监听的能耗可以通过下式计算：

其中，与可分别表示为：

支配节点接收与发送的数据量分别可表示为：

其中，表示支配节点在网络中所占的比例，R为网络半径，r为节点的通信半径，x为节点与sink的距离，为事件发生概率。

根据上述公式，可以得到支配节点N_i的占空比为：

其中，α＝ε_sS_p+ε_sS_al+ε_rS_p-ε_tS_d，β＝ε_sS_d+ε_sS_al-ε_rS_d-ε_tS_al，N表示网络中节点的个数。

3.该发明方法中，被支配节点仅在自己有数据需要发送时才进入活跃状态，并将自己的数据发送到支配集的节点上，而在其它时间睡眠以节省能量。

4.在该发明方法中，考虑到支配节点的能耗较高，因此会对支配节点集进行定期轮换。首先给定能量阈值e^Θ，一旦存在支配节点的能量消耗大于e^Θ时，该支配节点会被标记，并且sink会广播重新构建连通支配集的消息，下次构建连通支配集时会从未被标记的节点中选择。其中，e^Θ可以表示为：

e^Θ＝be_init

其中，e_init为节点的初始能量值，b表示一个0到1之间的小数，与不同传感器节点的感知功率有关，本发明中取b值为0.25。

5.数据进行传输时，节点会优先选择比自身N_s值小的支配节点作为下一跳进行路由，若找不到比自身N_s值小的支配节点，则选择与自身N_s值相同的支配节点作为下一跳进行数据传输。