[发明专利]数据聚集路由方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种数据聚集路由方法及系统。

背景技术

随着物联网、云计算和大数据等新计算模式的兴起，无线传感器网络逐渐普及并成为物联网等新模式的核心支撑技术之一，是物联网中信息的获取渠道，为物联网提供了主动感知物理世界的手段。

众所周知，传感器节点体积微小,通常携带能量十分有限的电池，并且通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何有效利用节点的有限能量是传感器网络设计中的重要问题。由于通信是节点最重要的能耗因素，因此减少网络中的数据传输量是降低节点能量消耗的有效手段之一。数据聚集(Data Aggregation或Data Fusion)就是将一个或多个传感器节点收集到的数据在数据源或多跳传输过程中进行组合，减少监测数据中的冗余信息，从而有效地减少网络中所需传输的数据量，降低数据传输能耗，达到节约能量的效果。因此，在无线传感网络中，数据聚集路由策略是基础性关键技术，其研究对于无线传感器网络的发展起到关键的作用。

目前，已经有大量的研究人员针对数据聚集提出了一些能量高效的路由策略。值得注意的是，数据聚集虽然能够减少需要传送给sink的数据量，从而减少节点的能量消耗，但由于网络寿命与节点能量消耗并没有线性关系，不能说节点能量消耗大则网络的寿命就短，节点能量消耗小则网络的寿命就长。这是因为在以Sink为数据汇聚中心的传感器网络中，能量的消耗存在近Sink热区效应，即Sink附近节点能量消耗过快，而远离Sink节点的节点能量过剩。在网络中依然存在所谓的“能量空洞”现象，因而依然严重影响了网络寿命。“能量空洞”是无线传感器网络存在一种特有的现象，即在无线传感器网络中，近sink区域的节点由于要转发远方的数据，从而导致其能量消耗高于其它区域，在sink附近形成所谓的热区(hotspots)，hotspots区域的节点由于能量消耗过大而提前死亡后，会在sink周围形成全部由死亡节点组成的“空洞”区域，从而导致sink不能再接收外围区域节点的数据而提前死亡，尽管此时网络还有高达90％的能量剩余。而以往提出的数据聚集路由策略都没有注意到传感器网络存在的特有的“能量空洞”，无法避免由于近sink节点能量消耗远高于其它区域导致网络提前死亡的现象，还未能充分利用数据聚集的特征，更大幅度的提高网络寿命。

综上所述，仅减少网络的总能量消耗并不一定能够提高网络的寿命，如果网络中的能量消耗不均衡的话，就有可能使得网络部分节点过早的提前死亡而使得网络寿命不高。因此，急需提出一种能充分利用数据聚集的特征，不仅考虑数据间的相关性，而且还研究如何保证网络中节点的能量消耗均衡，更大幅度的提高网络寿命的数据聚集路由方法。

发明内容

本发明目的在于公开一种数据聚集路由方法及系统，以均衡网络中节点的能量消耗，提高网络寿命。

为实现上述目的，本发明公开一种数据聚集路由方法，通过广播的方式确定各节点距离sink节点的跳数，并将跳数相等的节点划分到同一环形区域；以及在每一个数据收集轮次还包括：

在跳数大于等于2的各环形区域，分别选择一个头节点作为环形路由的发起节点建立所属环内所有节点的环形路由，并由该头节点聚集所属环内所有节点的数据；

根据各环充当汇聚环所承担数据量的大小确定汇聚环，所述汇聚环用于将跳数大于等于2的其它环的头节点所聚集的数据统一聚集到该汇聚环的头节点；

由汇聚环的头节点将所聚集的各环数据发送给sink节点；

其中，所述分别选择一个头节点作为环形路由的发起节点建立所属环内所有节点的环形路由包括：

以顺时针或逆时针方向，在各环形区域中每次选择发射半径内距离自己最远的邻居节点做为路由的下一跳节点，下一跳节点重复按此规则再选择路由的下一跳节点，形成一条包含该环形区域内部分节点的环形路由；

各环形区域中剩余节点根据最短路径和剩余能量两个指标选择环形路由上的节点作为下一跳节点；

所述广播方式为：

sink节点将自己的跳数设为0，然后，sink节点向外广播自己的跳数，收到广播的各节点二次广播自己距离sink节点的跳数；

接收到广播的节点将广播中的跳数加1后与自己保存的最小跳数相比较，如果广播的跳数加1后仍然大于自己记录的跳数，则不处理，否则将自己距离sink节点的跳数替换为该广播中的跳数加1。