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    一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法技術(shù)

    技術(shù)編號:44169013 閱讀:25 留言:0更新日期:2025-01-29 10:43
    本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個傳感器節(jié)點;監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法包括:將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個傳感器節(jié)點劃分為多個初始簇;基站通過基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法維護初始簇的簇狀態(tài)信息;基站接收用戶查詢消息,并根據(jù)用戶查詢消息的目標節(jié)點確定待發(fā)送簇;基站基于決策依據(jù),根據(jù)簇狀態(tài)信息計算待發(fā)送簇的鄰居簇分別對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)效率,根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率確定最多二個待轉(zhuǎn)發(fā)簇;重復(fù)上述步驟,直至確定包括多次轉(zhuǎn)發(fā)的待轉(zhuǎn)發(fā)簇的轉(zhuǎn)發(fā)路徑;基站將轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)送至待發(fā)送簇,待發(fā)送簇以及待轉(zhuǎn)發(fā)簇根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑順次對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)直至到達基站。本發(fā)明專利技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)中各簇能耗保持均衡且降低了數(shù)據(jù)傳輸過程的能耗。

    【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

    本專利技術(shù)涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò),尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法


    技術(shù)介紹

    1、在近年已研發(fā)的聚類協(xié)議中,網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點根據(jù)彼此的位置劃分成多個簇,每個簇擁有多個節(jié)點,且傳感器節(jié)點之間的距離較近。在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的過程中,由于簇內(nèi)節(jié)點彼此距離較近,所以簇頭可以直接與本簇的其他節(jié)點通信并收集其監(jiān)測數(shù)據(jù),該過程稱為簇內(nèi)通信。當簇頭收集完本簇所有節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后,簇頭再根據(jù)其周圍簇頭的相關(guān)狀態(tài)信息,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其中一個簇頭,經(jīng)過若干次不同簇頭轉(zhuǎn)發(fā),數(shù)據(jù)最終被轉(zhuǎn)發(fā)給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)附近的基站由此到達用戶的云服務(wù)器,該過程被稱為簇間路由。

    2、在上述協(xié)議運行過程中的簇間路由階段,由于每一次數(shù)據(jù)在簇頭之間轉(zhuǎn)發(fā)過程中,目前已有的路由協(xié)議只考慮持有數(shù)據(jù)的當前簇頭周圍簇頭或簇的狀態(tài)信息,而沒有考慮整個網(wǎng)絡(luò)其他簇的信息,因此,現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法容易形成局部最優(yōu)而非全局最優(yōu)。上述狀況容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中各簇的能量消耗不均衡,使得某些節(jié)點過早死亡,從而降低整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的存活時間。


    技術(shù)實現(xiàn)思路

    1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本專利技術(shù)的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,該方法在簇間路由階段不僅能夠考慮與本簇距離較近的周圍簇的情況,還能考慮網(wǎng)絡(luò)中其他相關(guān)簇的狀態(tài)信息。

    2、本專利技術(shù)按以下方案予以實現(xiàn):

    3、提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個傳感器節(jié)點;所述監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,包括:

    4、將所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個傳感器節(jié)點劃分為多個初始簇;

    5、基站通過基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法維護所述初始簇的簇狀態(tài)信息;

    6、所述基站接收用戶查詢消息,并根據(jù)所述用戶查詢消息的目標節(jié)點確定待發(fā)送簇;

    7、所述基站根據(jù)所述簇狀態(tài)信息計算所述待發(fā)送簇的鄰居簇分別對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)效率,根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)效率確定最多二個待轉(zhuǎn)發(fā)簇;

    8、重復(fù)上述步驟,直至確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑,所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑為所述待發(fā)送簇的監(jiān)測數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)至所述基站的路徑,所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑包括多次轉(zhuǎn)發(fā)的待轉(zhuǎn)發(fā)簇;

    9、所述基站將所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)送至所述待發(fā)送簇,所述待發(fā)送簇與待轉(zhuǎn)發(fā)簇根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑順次將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)直至到達所述基站。

    10、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本專利技術(shù)提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法的有益效果如下:基站利用基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法將全網(wǎng)絡(luò)所有簇的狀態(tài)信息維護成本保持在非常低的水平,同時,基站利用自身維護的簇狀態(tài)信息計算監(jiān)測數(shù)據(jù)從待發(fā)送簇到基站的各種可能路徑的轉(zhuǎn)發(fā)效率,并從中選擇最佳的路徑,此外,將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過多個待轉(zhuǎn)發(fā)簇進行多路徑傳輸,避免監(jiān)測數(shù)據(jù)采用單一路徑傳輸造成轉(zhuǎn)發(fā)路徑中的相關(guān)節(jié)點能耗過快,以上三個方面的機制使得網(wǎng)絡(luò)中各簇能耗更均衡且降低了數(shù)據(jù)傳輸過程中的能量消耗。

    11、可選的,所述簇狀態(tài)信息包括所述初始簇的位置信息、預(yù)測剩余能量、最短路徑及合計剩余能量;所述基站通過基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法維護所述初始簇的簇狀態(tài)信息,包括:

    12、所述初始簇的簇頭確定所述初始簇的質(zhì)心坐標,并發(fā)送至所述基站;

    13、所述基站將所述質(zhì)心坐標確定為所述位置信息;

    14、所述基站根據(jù)當前輪數(shù)確定所述預(yù)測剩余能量;

    15、所述基站根據(jù)所述位置信息及所述預(yù)測剩余能量,確定所述最短路徑及所述合計剩余能量。

    16、可選的,所述基站根據(jù)當前輪數(shù)確定所述預(yù)測剩余能量,包括:

    17、當所述當前輪數(shù)小于或等于十輪時,不對所述初始簇對應(yīng)的預(yù)測剩余能量進行計算;

    18、當所述當前輪數(shù)大于十輪時,所述初始簇的簇頭對其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢能耗進行統(tǒng)計;所述簇集合包括本簇及本簇需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的所在簇;本簇需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的所在簇,為歷史時間輪內(nèi)本簇需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所屬的簇;

    19、根據(jù)所述加權(quán)平均查詢能耗,所述初始簇在當前輪數(shù)大于十輪時對其預(yù)測剩余能量進行計算。

    20、可選的,所述當所述當前輪數(shù)大于十輪時,所述初始簇的簇頭對其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢能耗進行統(tǒng)計,包括:

    21、確定所述初始簇在小于或等于十輪時,每一輪數(shù)的輪剩余能量及其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢頻次,其計算公式如下:

    22、pk=(x1*f1+x2*f2+…+xn*fn)/n;

    23、其中,k為距離當前輪數(shù)小于或等于十輪的時間周期,pk為簇集合在第k輪的加權(quán)平均查詢頻次,n為簇集合中本簇需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的所在簇的簇數(shù)量,fn為簇集合中第n個簇的節(jié)點被用戶查詢的次數(shù),xn為簇集合中第n個簇對應(yīng)的權(quán)重,所述權(quán)重為歷史時間輪內(nèi)該簇數(shù)據(jù)經(jīng)由本簇轉(zhuǎn)發(fā)的頻次占該簇發(fā)送數(shù)據(jù)頻次的比例;

    24、根據(jù)所述輪剩余能量及所述加權(quán)平均查詢頻次,所述初始簇的簇頭對其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢能耗進行統(tǒng)計,其計算公式如下:

    25、c=(ei-9-ei)/(pi+pi-1+...+pi-9)

    26、其中,c為加權(quán)平均查詢能耗,ei-9為時間周期內(nèi)第一輪的輪剩余能量,ei為時間周期內(nèi)第十輪的輪剩余能量,pi~pi-9為時間周期內(nèi)每一輪的加權(quán)平均查詢頻次。

    27、可選的,所述根據(jù)所述加權(quán)平均查詢能耗,所述初始簇在當前輪數(shù)大于十輪時對其預(yù)測剩余能量進行計算,包括:

    28、確定所述初始簇在時間周期內(nèi)第十輪的最終輪剩余能量;

    29、根據(jù)歷史十輪的加權(quán)平均查詢能耗,確定基于最小二乘法的線性回歸模型的預(yù)測參數(shù),其計算公式如下:

    30、

    31、其中,k為距離當前輪數(shù)小于或等于十輪的時間周期,ck為各初始簇在第k輪的歷史加權(quán)平均查詢能耗,a和b為預(yù)測參數(shù);

    32、根據(jù)所述最終輪剩余能量以及已計算得到的預(yù)測參數(shù)構(gòu)建預(yù)測公式,其表達式如下:

    33、

    34、其中,k為距離當前輪數(shù)小于或等于十輪的時間周期,ck為各初始簇在第k輪預(yù)測的加權(quán)平均查詢能耗,aj為本簇在第j輪(j>i)的預(yù)測剩余能量,ei為時間周期內(nèi)第十輪的剩余能量,pk為本簇對應(yīng)簇集合在第k輪的加權(quán)平均查詢頻次;

    35、通過所述預(yù)測公式,所述初始簇的簇頭對其未來每一輪的預(yù)測剩余能量進行計算。

    36、可選的,所述初始簇的簇頭接收各成員節(jié)點的節(jié)點剩余能量,將各成員節(jié)點的節(jié)點剩余能量之和確定為各簇的實際剩余能量;當所述實際剩余能量與所述預(yù)測剩余能量之間的差值大于預(yù)設(shè)閾值時,對所述預(yù)測公式進行更新,包括:

    37、將所述最終輪剩余能量更新為當前輪的實際剩余能量;

    38、根據(jù)當前輪以及十輪以內(nèi)的狀況重新計算加權(quán)平均查詢能耗;

    39、所述初始簇的簇頭根據(jù)所述加權(quán)平均查詢能耗及當前輪的實際剩余能量,確定新預(yù)測參數(shù),并將當前輪的實際剩余能量以及所述新預(yù)測參數(shù)發(fā)送至所述基站;

    40、所述基站根據(jù)收到的對應(yīng)簇在當前輪的實際剩余能量以及所述新預(yù)測參數(shù)對所本文檔來自技高網(wǎng)...

    【技術(shù)保護點】

    1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個傳感器節(jié)點;所述監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,包括:

    2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述簇狀態(tài)信息包括所述初始簇的位置信息、預(yù)測剩余能量、最短路徑及合計剩余能量;所述基站通過基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法維護所述初始簇的簇狀態(tài)信息,包括:

    3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述基站根據(jù)當前輪數(shù)確定所述預(yù)測剩余能量,包括:

    4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,當所述當前輪數(shù)大于十輪時,所述初始簇的簇頭對其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢能耗進行統(tǒng)計,包括:

    5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述根據(jù)所述加權(quán)平均查詢能耗,所述初始簇在當前輪數(shù)大于十輪時對其預(yù)測剩余能量進行計算,包括:

    6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述初始簇的簇頭接收各成員節(jié)點的節(jié)點剩余能量,將各成員節(jié)點的節(jié)點剩余能量之和確定為各簇的實際剩余能量;當所述實際剩余能量與所述預(yù)測剩余能量之間的差值大于預(yù)設(shè)閾值時,對所述預(yù)測公式進行更新,包括:

    7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述基站根據(jù)所述位置信息及所述預(yù)測剩余能量,確定所述最短路徑及所述合計剩余能量,包括:

    8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述基站基于決策依據(jù),根據(jù)所述簇狀態(tài)信息計算所述待發(fā)送簇的鄰居簇分別對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)效率,根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)效率確定最多二個待轉(zhuǎn)發(fā)簇,包括:

    9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述基站將所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)送至所述待發(fā)送簇,所述待發(fā)送簇與待轉(zhuǎn)發(fā)簇根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑順次將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)直至到達所述基站,包括:

    10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述決策依據(jù)為計算所述轉(zhuǎn)發(fā)效率的公式,如下:

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    【技術(shù)特征摘要】

    1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個傳感器節(jié)點;所述監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,包括:

    2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述簇狀態(tài)信息包括所述初始簇的位置信息、預(yù)測剩余能量、最短路徑及合計剩余能量;所述基站通過基于預(yù)測機制的簇狀態(tài)維護算法維護所述初始簇的簇狀態(tài)信息,包括:

    3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述基站根據(jù)當前輪數(shù)確定所述預(yù)測剩余能量,包括:

    4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,當所述當前輪數(shù)大于十輪時,所述初始簇的簇頭對其對應(yīng)簇集合的加權(quán)平均查詢能耗進行統(tǒng)計,包括:

    5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,所述根據(jù)所述加權(quán)平均查詢能耗,所述初始簇在當前輪數(shù)大于十輪時對其預(yù)測剩余能量進行計算,包括:

    6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法,其特征在于,...

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:龔亞東王俊波邵平李文武梁華新
    申請(專利權(quán))人:肇慶學院
    類型:發(fā)明
    國別省市:

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