[发明专利]基于多重数据收集二叉树的无线传感网数据收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网高效的树状数据收集方法，属于计算机网络与无线通信技术的交叉领域。

背景技术

在科学技术飞速发展的今天，具有智能感知、自主组网、多跳传输能力的无线传感网(Wireless Sensor Networks，WSN)技术，逐渐成为国内外科技界研究的热点。作为计算机技术、无线通信技术、嵌入式设计技术、微电子技术等多学科的交叉技术，无线传感网技术不仅拓展了人们获取信息的能力和手段，更为重要的是，它将客观世界的物理信息同传输网络紧密连接在了一起，为人们的生产生活提供了极为丰富的有益信息，大大提升了人们的生活质量和工作效率。

另一方面，随着大数据理论和技术的发展，“数据收集”问题逐渐引起了人们的重视。如何利用现有的各类感知设备，高效率、高可靠、绿色节能地收集海量的、多样化的感知数据，正在称为制约无线传感网技术发展和应用最为关键和核心的技术之一。

然而，当前无线传感网面临着网络不稳定、拓扑结构易变化、节点位置信息缺乏、通信质量差、节点能耗较高等问题。这些问题直接或间接地导致了网络整体数据收集效率的低下，并造成了诸如数据完整性缺失、数据丢包率居高不下、数据收集路径鲁棒性较差及数据收集结构无法适应网络的动态变化等问题，严重影响了基于数据内容的信息提取和决策。

众所周知，无线传感网已经并将继续拥有广阔的应用场景，在军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、智能家居、智能电网等众多领域，有足够的用武之地。而上述应用场景和应用领域中，需要考虑的首要问题，无一例外，都将是数据收集问题。因此，本发明对于无线传感网应用的有效开展，具有十分积极的意义。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种基于多重二叉树的无线传感网数据收集方法，将簇状区域划分方法与树状路径传输方法相结合，构造多棵备选数据收集二叉树，并在此基础上，实现基于数据收集量的时间片轮转数据收集方法。该发明通过多重数据收集二叉树的构建，可提升网络的健壮性，降低数据包丢包率，同时，也能够较好地适应网络的动态变化，如节点的失效、节点的加入等，实现高效数据收集。

该种基于多重二叉树的无线传感网数据收集方法，在随机部署的无线传感网中，首先将网络中最为接近的若干节点组织成一个区域，并在每个区域中择优选取节点，分别构建到达基站的多个备选数据收集二叉树，较好地适应了网络的动态变化，增强了数据收集的鲁棒性；随后，本发明实现了基于节点数的时间片轮转数据收集机制，有效降低了数据收集过程中的冲突发生率，提升了数据收集效率；最后，本发明同时还采用了周期性重构数据收集树的策略，有效提升了网络的适应性。

本发明的技术解决方案是：

一种基于多重数据收集二叉树的无线传感网数据收集方法，

利用随机部署的无线传感网节点，通过最近邻居节点探寻、网络区域建立、节点自定位、多重数据收集二叉树建立，形成多个备选的数据收集路径结构，并在此基础上，利用基于节点数的时间片轮转策略和面向网络动态变化的数据收集树重构，实现无线传感网络的数据收集。

进一步地，具体为：

步骤1：在矩形平面网络中，部署n个无线传感网节点，其中，含有存在若干个已知其自身位置信息的信标节点，基站位于网络外围边缘处；

步骤2：网络中的各节点，以广播的方式，找寻距离自己最近的邻居节点，并分布式地构建网络区域；

步骤3：网络中的所有非孤立的非信标节点自组织地完成自身位置信息的确定工作；

步骤4：从基站节点开始，建立第一棵备选数据收集二叉树；

步骤5：从基站节点开始，建立第二棵备选数据收集二叉树；

步骤6：根据步骤4和步骤5中的具体规则，从基站节点开始，继续建立第三棵、第四棵……直至第k棵备选数据收集二叉树，k的值可根据网络规模和网络数据传输量决定；

步骤7：基站节点根据其所建立的k棵备选数据收集二叉树的结构情况，选择一棵节点数最多的树，作为“数据收集树”；若符合条件的备选数据收集树有多棵，则选择树中节点平均传输距离最短的一棵，作为“数据收集树”；

步骤8：利用步骤7中被选中的“数据收集树”，开始基于时间片轮转的数据收集过程；

步骤9：当步骤7和步骤8中被选择的数据收集树中的节点因能耗过大而造成数据收集树断连时，将向基站进行通告，由基站从其它尚未被选中的备选数据收集树中，按照步骤7的规则，选择一棵，作为新的数据收集树，并按照步骤8的规则，重新建立时间片轮转的数据收集策略；同时，原数据收集树作废；