[发明专利]基于相长性干涉多簇收集数据的无线传感器网络及收集方法

权利要求书

1.一种基于相长性干涉分簇收集数据的无线传感器网络数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：

启动阶段：获取网络节点信息，创建源节点动态分布表，维持所述无线传感器网络的时间同步，其中：所述节点包括汇聚节点和源节点，所述汇聚节点为主汇聚节点或从汇聚节点，对所述节点分簇，其中每一簇包括一主汇聚节点或一从汇聚节点，每一簇分配一个独立信道用于数据收集，每一个节点分配一个相位ID；所述启动阶段包括同步控制时段和网络同步状态确认时段；

数据收集阶段：所述主汇聚节点在同步控制时段发起相长干涉的网络洪泛，广播同步控制消息，所述从汇聚节点和源节点参与洪泛，在同步控制消息接收完成后，所述源节点根据接收到的同步控制消息调整数据收集阶段的信道、data-phase，所述主汇聚节点和从汇聚节点以及源节点判断网络中是否存在newlost节点；

所述节点分簇包括如下步骤：

步骤S21，提供多个无线传感器；

步骤S22，设定每一传感器相当于一节点，多个节点组成所述无线传感器网络，其中所述节点包括多个汇聚节点和多个源节点，所述汇聚节点为主汇聚节点或从汇聚节点；

步骤S23，对所述多个节点分簇，获得多个簇，每一簇包括一汇聚节点和多个源节点，其中于每一簇中，所述汇聚节点设置相同数量的相位ID，且相同跳数的源节点数量相等；

步骤S24，每一簇内的所述汇聚节点收集本簇内的源节点数据，所述从汇聚节点将收集的本簇内源节点数据上传至所述主汇聚节点；

步骤S25，所述主汇聚节点根据所述从汇聚节点上传的源节点数据以及所述主汇聚节点收集的本簇内的源节点数据以生成同步控制消息维持所述无线传感器网络的时间同步及调整本簇内节点的负载均衡、连接度均衡；

所述调整本簇内节点的负载均衡的步骤如下：

步骤S251，所述主汇聚节点在启动阶段统计源节点分布表NDT，该表统计的信息包括源节点所在的信道Channel、节点ID、节点到主汇聚节点的跳数HopToSink、节点的相位ID、节点的状态，即该节点是否为lost节点；当网络中的节点所在的簇、相位ID、节点状态发生变化时，该节点分布表的信息也将随之得到更新；

步骤S252，所述主汇聚节点统计每簇的每一个跳数下的源节点数量公式如下：

其中：

i:第i簇网络

k:当前统计的跳数值

L_i,k:第i簇内h_j＝k时的源节点数量

j:第j个源节点

n:第i簇内源节点的数量

h_j:第j个源节点到所述主汇聚节点跳数

f(i,j,h_j):第i簇第j个源节点在跳数值为k时的计数值；

步骤S253，所述主汇聚节点统计所有节点到所述主汇聚节点的具有相同的跳数的源节点平均数量，具体公式如下：

其中：

所有簇中跳数h_j＝k的源节点的平均数量

i:第i簇网络

M:簇的数量

L_i,k:第i簇内跳数h_j＝k时的源节点数量；

步骤S254，所述主汇聚节点计算每一跳下的负载均衡的不平衡度：

其中：

D_k:第k跳下的不平衡度

步骤S255，所述主汇聚节点找出不平衡度中的最大值，即最大不平衡度D_max；若最大不平衡度D_max大于设定的负载不均衡度D，即D_max＞D，则表明该跳数对应的负载不均衡，反之则表明负载均衡；

步骤S256，所述主汇聚节点对负载不均衡的跳数进行调整，具体调整方案为：

i、遍历所述源节点分布表，找出D_max所对应跳数下节点数量最多的簇M_max和节点数量最少的簇N_max，并记录下簇M_max和簇N_max中跳数为的节点ID列表；

ii、相应的找出簇M_max中节点数量最少的跳数值

iii、随机的在跳数值和簇M_max对应的节点ID列表中选择一个节点a，同样随机的在跳数值和簇N_max对应的节点ID列表中选择一个节点b；

iv、将节点a、b的信道、相位ID互换，实现负载均衡的调整，同时将源节点分布表中节点a、b的信道、相位ID信息进行更新。