[发明专利]基于离线模型的无线可充电传感器网络移动数据收集方法

摘要

本发明公开了一种基于离线模型的无线可充电传感器网路移动数据收集方法。本发明针对一些需要收集网络中每个传感器节点产生的数据并且网络能持续运行的场景而设计。该方法提出了离线数据收集模型、锚点选择、路径规划等三部分，通过离线数据收集模型，基站全局规划SenCar的路径，选择锚点的能服务到整个网络，能提前预测网络中的可能死亡节点，将可能死亡节点作为特殊锚点获得充电机会，通过路径规划可用尽可能少的SenCar来完成目标。该方法能在该周期收集到网络中每个传感器节点上个周期所产生的数据，同时保证网络中的传感器节点的剩余能量不会低于正常工作所需能量。适用于特殊场景中的数据可靠、高效收集。

主权项

基于离线模型的无线可充电传感器网路移动数据收集方法，其特征在于该数据收集方法包括以下步骤：步骤1：部署无线可充电传感器网络2‑1将N个可充电传感器节点随机部署在欲监测区域内，各传感器节点通过自组织网络形成网络；2‑2设置基站的位置，初始化所有传感器节点的配置信息；2‑3基站获取网络中传感器节点的剩余能量以及网络的拓扑图；步骤2：挑选锚点2‑1将网络中的传感器节点按照剩余能量划分等级，剩余能量为Emin到10％为第一等级，10％到20％为第二等级，20％到30％为第三等级，依次类推；2‑2挑选剩余能量等级最低的传感器节点作为锚点，在剩余能量等级相同的情况下，选择获取单位数据所耗能量最少的传感器节点作为锚点；每个传感器节点获取单位数据所耗能量的计算如下：2‑2‑1计算该传感器节点最大服务跳数内所有传感器节点缓存的数据量；2‑2‑2计算当该传感器节点选作锚点时，该传感器节点最大服务跳数内因收集数据而消耗的能量；搜集数据消耗的能量包括传感器节点接收数据消耗的能量和传感器节点传送数据消耗的能量；具体的：传感器节点s距离该传感器节点两跳，中间有一个传感器节点作为中继节点，则当该传感器节点选作锚点时，传感器节点s将自身缓存的数据传送到该锚点消耗的能量包括传感器节点s发送该缓存数据消耗的能量，中继节点接收该缓存数据消耗的能量，中继节点传送该缓存数据消耗的能量，锚点接收该缓存数据消耗的能量，锚点发送该缓存数据给SenCar消耗的能量；2‑2‑3.能量消耗比上数据量即为获取单位数据所耗能量；2‑3.预测可能死亡节点作为特殊锚点获得充电机会；在网络运行过程中，可能出现剩余能量低于Emin的传感器节点，低于Emin的传感器节点要提前选作特殊锚点获得充电的机会，在某一轮周期的开始时刻，如果传感器节点的剩余能量减去该周期最大能量消耗减去Emin小于传感器节点一个周期自身监测事件的能量消耗值，则该节点就被选作特殊锚点；传感器节点的能量消耗包括传感器节点自身监测事件的能量消耗、传送数据的能量消耗和发送数据的能量消耗，其中自身监测事件的能量消耗在离线模型中是恒定的，传送或接收数据的能量消耗跟传送或接收的数据量成正比；传送数据量与接收数据量的差值为传感器节点自身产生的数据量，在离线模型中，该部分的数据量也是恒定的；最大能量消耗对应最大的数据量，因此只需知道传感器节点该周期的最大数据接收量即可算出最大能量消耗；传感器节点该周期最大数据接收量计算如下：2‑3‑1.计算网络中任意两个传感器节点之间的最短跳数；2‑3‑2.若传感器节点Si和传感器节点Sj之间的最短跳数为h1，传感器节点Sj和锚点的最短跳数为h2,传感器节点Si和锚点的最短跳数为h3；2‑3‑3.若h1+h2＝h3，则传感器节点Si产生的数据可能经过传感器节点Sj传送，传感器节点Si产生的数据算入传感器节点Sj的数据接收量；2‑4.步骤2中挑选出来的锚点可以服务到整个网络，因此挑选出来的可能死亡节点肯定属于锚点；设置特殊锚点的服务跳数为锚点的服务跳数减去锚点和特殊锚点间的最短跳数；步骤3：访问路径规划3‑1利用最近邻点法的启发式方法对锚点求一条旅行商路径；3‑2将特殊锚点插入旅行商路径中，每个特殊锚点都至少属于一个锚点，将它们插入锚点之后，应先访问特殊锚点，再访问特殊锚点所属的锚点，如果锚点最大服务跳数内有多个特殊锚点，先对特殊锚点求一条哈密尔顿路径，先访问该哈密尔顿路径再访问锚点；3‑3将旅行商路径根据SenCar电池容量和访问时间的限制划分成访问路径集合；划分过程中保证特殊锚点和其所属锚点要处于同一个访问路径，不能划分到不同的访问路径里，也即在划分过程中，特殊锚点和其所属锚点是不可分割的；3‑4将访问路径集合分配给SenCars，该分配问题可转化成一维装箱问题，一维装箱问题已被证明是NP‑hard问题，设计启发式算法解决；将访问路径集合里的访问路径按照SenCar完成所需的时间从小到大进行排序，将排序好的访问路径依次分配给SenCar，如果累计的时间超过周期间隔T则将访问路径分配给下一个SenCar。