[发明专利]一种基于无线传感器网络的数据采集方法

说明书

技术领域

本公开涉及数据收集和无线传感器网络领域，特别是基于无线传感器网络的野外感知数据高效、自动采集方法。

背景技术

目前，随着通信技术和计算机技术的深入发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)得到迅速推广应用。WSN是一种无线网络，包括大量静止或移动的传感器节点(Sensor)，将感知和采集的数据，以自组织和多跳的方式传输到汇聚节点(Sink node)或基站(Base Station，BS)。WSN中部署的传感器节点具有众多用途，比如可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象，因此，WSN被广泛应用在农业特别是中药材种植、环境监测、医疗保健、军事等领域。

另一方面，WSN的数据采集和传输尤其是在野外等恶略环境下的数据采集和传输面临着严峻的挑战。首先，传感器节点的能量(即电池电量)往往有限且一般不具备充电能力，其在发送和接收数据时需要消耗一定的能量，从而在面临大量数据传输需求时会迅速耗尽能量而失效，进而影响整个WSN网络的生存期。其次，一个传感器节点在广播数据时往往面临时刻变化的无线信道质量，可能使得提前确定的下一跳节点无法正常接收数据，进而需要再次传输数据，进一步增加了能量消耗，延长了数据传输时延，缩短了整个无线传感器网络的生存期。再次，在野外环境下，人们往往通过移动或固定基站(BS)周期性地收集传感器节点所采集的数据，每次基站(BS)部署的位置可能不同，这导致无法采用提前计算的数据路由策略，进而需要动态自适应的数据路由策略和方法。因此，研究如何在野外数据采集环境下实现高效的动态自适应的数据采集方法，以减少数据重传次数、均衡能量消耗、延长网络生存期，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

从现有的研究成果上看，当前的面向无线传感器网络的数据收集方法一般采用基于分簇的方法和基于能耗均衡的方法。基于分簇的数据收集方法首先将网络节点按距离远近划分为若干区域，在每个区域中选取一个节点作为簇头，簇头负责本区域内节点的数据收集并将收集到的数据转发给其他簇头，并最终转发到BS。本方法中区域的划分是非常困难的，且簇头面临大量的数据采集和传输任务，其面临的传输干扰巨大，易导致数据重传次数增加、能量消耗严重等缺点。现有基于能耗均衡的方法往往只考虑了当前节点和周围邻居节点的剩余能量，一般选择邻居节点中剩余能量较多的节点，而没有考虑数据采集过程所经过的传输路径上的其他节点的能量消耗，容易使数据采集方法陷入局部最优而缩短网络生存期。

发明内容

针对上述问题，本公开首先提供了基于无线传感器网络的数据采集方法，所述方法在野外数据采集中充分考虑无线信道质量、能量均衡，实现动态自适应的高效数据采集。所述方法包括下述步骤：

S1、接收信道中的消息；若所述消息为基站广播的第一数据请求消息，执行步骤S3；若所述消息为第二数据请求消息，执行步骤S2；若所述消息为感知数据消息，执行步骤S4；

所述第二数据请求消息包括所述第一数据请求消息、当前节点及当前节点的转发能力值；

S2、建立第二数据请求消息集合，判断所述第二数据请求消息集合中的第二数据请求消息是否有效，并将所有有效的第二数据请求消息中的节点添加到节点上的候选中继节点列表中，执行步骤S3；

所述候选中继列表中的节点按照节点的转发能力值排序；

S3、判断当前节点是否具有数据请求消息所请求的感知数据；若不具有所请求的感知数据，执行步骤S6；否则，执行步骤S7；

S4、判断当前节点是否在所述感知数据消息的候选中继节点列表中；若当前节点在所述感知数据消息的候选中继节点列表中，执行步骤S5；

S5、判断当前节点的候选中继节点列表是否为空；若非空，执行步骤S7；

S6、构造并广播当前节点的第二数据请求消息；

S7、构造感知数据消息并广播；

所述感知数据消息包括基站所请求的感知数据以及当前节点上的候选中继节点列表。

针对上述方法，其中，所述步骤S7在广播感知数据消息的同时，还包括下述步骤：

S701、在构造感知数据消息的节点上，设置并启动所述感知数据消息对应的广播计时器；

S702、监听感知数据消息的确认消息；若监听到感知数据消息的确认消息，执行步骤S703；否则，执行步骤S704；

S703、停止所述广播计时器计时；