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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明公开了基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，包括以下步骤：对于WSN中的全部SN所组成的集合S，计算得到可能位置集合po_set，对于po_set中的每一个可能位置，记录下该可能位置在通信范围为r时所覆盖的SN相应的编号id，并计算该可能位置所覆盖SN的数量，选择覆盖SN数量最多的可能位置作为该轮选择过程中选择的MS访问位置，并将其添加至MS访问点集合rp_set中，并将访问位置所覆盖的SN从S中删除，并将访问位置从po_set中删除，若此时S的长度不为0，重复上述过程，直至S的长度为0，此时的rp_set即为MS需进行遍历的位置集合。本发明具有降低了数据收集时延的优点。

主权项：1.基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对于n个SN组成的集合S，计算集合S中每一个SN的dis2r_seti，所述的dis2r_seti为与S中第i个SN距离不大于2r的其他SN组成的集合，其中i＝1、2、3、...、n，所述的r为SN的通信距离；步骤二：对于集合S中的每一个SN，计算该SN与相应dis2r_seti中所有SN连线的中点，得到po_seti集合；所述的po_seti集合为MS为了收集第i个SN而需要访问的位置的全体可能值；步骤三：根据步骤二中得到的集合S中全部n个SN的n个po_seti，计算n个po_seti的并集，得到po_set集合；所述的po_set集合为MS为了收集S中n个SN的数据而需要访问的位置的全体可能值；步骤四：计算po_set的长度，记为m，对于po_set中的每一个元素po_setj，计算dis1r_setj，所述的dis1r_setj为与po_setj距离不大于r的SN组成的集合，其中j＝1、2、3、...、m；步骤五：对于po_set中的m个dis1r_setj，计算m个dis1r_setj的长度，取dis1r_setj长度最大值所对应的元素，记为po_setk，作为所选择的MS访问位置，将选择得到的po_setk点添加进v_set集合中，所述的v_set集合为MS对网络中SN进行数据收集时需要访问的位置集合；步骤六：将po_setk对应的dis1r_setk中的元素从集合S中删除；步骤七：计算集合S的长度，若集合S的长度等于0，则进入步骤八；若S的长度大于0，则重复步骤一至步骤六；步骤八：将BS位置po_base添加进v_set中，使用遗传算法对v_set集合中的元素进行多次迭代，计算出访问v_set中全部元素的路径与路径长度；步骤九：移动Sink从BS位置po_base出发，按照S8得到的路径以恒定的速率v进行移动，待v_set中的全部元素位置均访问之后，MS向po_base移动，进入BS的通信范围r后，将全部数据发送至BS，完成数据收集过程。

全文数据：基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法技术领域本发明涉及无线传感网数据收集技术领域，具体涉及一种基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法。背景技术无线传感网是一种无中心节点的全分布系统，通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监测区域，这些传感器节点集成有传感器组件、电源模块、数据处理单元和通信模块，不同的传感器节点之间通过无线信道实现互联，自组织地构成网络系统。通过有计划地部署无线传感网，使人们在任何时间、任何地点和任何条件下都能够获取大量准确的信息。目前，基于移动Sink的无线传感网WirelessSensorNetwork，WSN，主要包括传感器节点SensorNode，简称SN、移动式汇聚节点MobileSink，简称MS、基站BaseStation，简称BS。在无线传感网中，基站收集传感器节点的数据通常有两种方式：1建立从各个传感器节点到达基站的转发树，各个传感器节点将自身收集到的数据通过多跳的方式经转发路径上的其他传感器节点最终路由至基站，从而完成基站对全部传感器节点的数据收集任务。使用该数据收集方法，由于采用了逐跳转发的方式，靠近基站的传感器节点不仅需要对自身收集的数据进行转发，而且需要对其子节点收集的数据进行转发，使得这部分靠近基站的传感器节点能耗较高，考虑到传感器节点一般采用电源模块进行独立供电，且传感器节点数量大、分布密集，不适于对电源模块进行更换，造成靠近基站的节点相较于距离基站较远的传感器节点更早地耗尽电能，从而造成网络分区，引起“能量空穴”效应；2在网络中引入移动式汇聚节点简称移动Sink，MobileSink，MS，通常采用的方法是，移动Sink从基站出发，访问监测区域中的每一个传感器节点完成对该节点的数据收集，待移动Sink完成了对全部传感器节点的数据收集后，返回基站，并将收集到的数据卸载至基站，从而完成一轮数据收集任务。在无线传感网中引入移动Sink，各个传感器节点无需将数据经过多跳的方式转发至基站，从而有效地缓解了“能量空穴”效应。考虑到一般情况下，监测区域中的传感器节点数量较大，若使用移动Sink对其逐个进行数据收集，则完成一轮数据收集过程所需的时间较长，而在应用无线传感网的众多场景中，大多有实时性的要求，例如，目标在进入监测区域时，无线传感网需要在一个较短的时间内对这一事件做出响应，响应时间越短，系统的性能就越好。针对这种情况，考虑对网络进行分簇，每一个簇由成员节点与簇头节点组成，簇内节点将收集到的数据通过无线链路转发至对应的簇头节点，移动Sink只需要对簇头节点访问即可收集该簇内全部传感器节点的数据，应用这种分簇的方法，大大降低了移动Sink需要访问的位置数目，从而降低了数据收集时延。在基于移动Sink进行数据收集的无线传感网中，簇头节点的选择与移动Sink移动路径的设计对于数据收集时延具有重要的影响。研究簇头节点的选择与移动Sink移动路径的设计，是进一步降低数据收集时延的关键因素。因而亟需发明一种能够有效地降低基于移动Sink的无线传感网中使用移动Sink进行数据收集时的数据收集时延的低时延数据收集方法。发明内容本发明的主要目的是提供一种能够有效地降低基于移动Sink的无线传感网中使用移动Sink进行数据收集时的数据收集时延的方法。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，包括以下步骤：步骤一：对于n个SN组成的集合S，计算集合S中每一个SN的dis2r_seti，所述的dis2r_seti为与S中第ii＝1、2、3、...、n个SN距离不大于2r的其他SN组成的集合，所述的r为SN的通信距离；一般认为在同一网络中，SN与MS具有相同的r值；步骤二：对于集合S中的每一个SN，计算该SN与相应dis2r_seti中所有SN连线的中点，得到po_seti集合；所述的po_seti集合为MS为了收集第ii＝1、2、3、...、n个SN而需要访问的位置的全体可能值；MS位于po_seti中的任意一个位置，均可以收集到第i个SN的数据与连线另一端SN的数据，减小了MS需要访问的位置的数量，有助于缩短由于使用MS而带来的时延；步骤三：根据步骤二中得到的集合S中全部n个SN的n个po_setii＝1、2、3、...、n，计算n个po_seti的并集，得到po_set集合；所述的po_set集合为MS为了收集S中n个SN的数据而需要访问的位置的全体可能值；步骤四：计算po_set的长度，记为m，对于po_set中的每一个元素po_setj其中j＝1、2、3、...、m，计算dis1r_setj，所述的dis1r_setj为与po_setj距离不大于r的SN组成的集合；步骤五：对于po_set中的m个dis1r_setjj＝1、2、3、...、m，计算m个dis1r_setj的长度，取dis1r_setj长度最大值所对应的元素，记为po_setk，作为该轮中所选择的MS访问位置，将选择得到的po_setk点添加进v_set集合中，所述的v_set集合为MS对网络中SN进行数据收集时需要访问的位置集合；步骤六：将po_setk对应的dis1r_setk中的元素从集合S中删除；步骤七：计算集合S的长度，若集合S的长度等于0，则进入步骤八；若S的长度大于0，则重复步骤一至步骤六；步骤八：将BS位置po_base添加进v_set中，使用遗传算法对v_set集合中的元素进行多次迭代，计算出访问v_set中全部元素的路径与路径长度；步骤九：移动Sink从BS位置po_base出发，按照S8得到的路径以恒定的速率v进行移动，待v_set中的全部元素位置均访问之后，MS向po_base移动，进入BS的通信范围r后，将全部数据发送至BS，完成数据收集过程。进一步地，前述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其中：在步骤五中，若出现po_set中有多个元素的dis1r_setj值相等的情况，对于dis1r_setj相等的元素，计算元素与BS的距离dis_basej，将上述元素中dis_basej值最小的元素作为dis_basek，即选择距离BS距离最近的元素作为该轮中所选择的MS访问位置，并将po_setk添加进v_set中。进一步地，前述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其中：MS与SN二者间使用无线链路进行通信，使MS在对SN进行数据收集时，无需移动至MS的位置上对其数据收集，只需进入以待收集SN为圆心，半径为通信距离r的圆形区域内部或者位于该圆形区域的圆周上便可以依赖无线链路对处于圆心位置的SN进行数据收集。进一步地，前述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其中：MS与BS二者间使用无线链路进行通信，使MS在完成对SN的数据收集任务后返回BS的过程中，MS无需到达BS位置后再将收集的数据卸载至BS，当MS处于以BS为中心，以通信距离r为半径的圆形区域内部或者位于该圆形区域的圆周上时，便可以将数据通过无线链路卸载至BS，完成一轮数据收集。通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：1使用MS在网络范围内巡弋收集数据，簇内成员的数据只需转发至簇头节点，即可被MS成功收集，而无需再进行转发，有效解决网络中SN耗能不均衡的问题，使得不同区域的SN耗能更均衡，缓解了“能量空穴”效应；有效降低了基于移动Sink的无线传感网中使用移动Sink进行数据收集时的数据收集时延；2使用本发明提出的数据收集方法进行数据收集，能够大幅度降低MS对全体SN进行数据收集时所需要访问的位置数目，从而降低了MS进行数据收集时的路径长度；使用遗传算法对得到的v_set集合进行遍历，得到访问v_set全部元素的最短路径，进一步缩短了MS进行数据收集时的路径长度，进一步降低了数据收集时延。附图说明图1为本发明所述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法的执行流程示意图。图2为在基于移动Sink的无线传感网中使用移动Sink进行数据收集时的工作状态示意图。图3为模拟区域中传感器节点分布以及产生的可能位置示意图。具体实施方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合说明书附图对本发明进行进一步说明。如图1、图2、图3所示，监测区域的length、width均为100米，其中随机分布了10个SN，即n＝10，圆环代表部署在监测区域中的SN，BS位于监测区域的中心位置；步骤一：在r＝20的情况下，计算集合S中每一个SN的dis2r_seti，其中i＝1、2、3、…、10，结果为：dir2r_set1＝4,8,10、dir2r_set2＝4、dir2r_set3＝5,6、dir2r_set4＝1,2,6、dir2r_set5＝3,6,9、dir2r_set6＝3,4,5,9、dir2r_set7＝8、dir2r_set8＝1,7,10、dir2r_set9＝5,6、dir2r_set10＝1,8；步骤二：对于监测区域中的10个SN，计算每一个SN与相应dis2r_seti中所有SN连线的中点，结果为：po_set1＝84.4744,42.0291,94.7184,21.4735,96.7341,23.6288po_set2＝82.9095,62.0113po_set3＝16.0898,68.2222,23.7756,66.6433po_set4＝84.4744,42.0291,82.9095,62.0113,58.0347,60.2827po_set5＝160.898,68.2222,34.5978,68.2317,34.3432,84.8593po_set6＝23.7756,66.6433,58.0347,60.2827,34.5978,68.2317,42.0290,83.2804po_set7＝74.5304,15.3073po_set8＝94.7184,21.4735,74.5304,15.3073,96.2895,14.9568po_set9＝34.3432,84.8593,42.0290,83.2804po_set10＝96.7341,23.6288,96.2895,14.9568；步骤三：对步骤二中得到的10个po_setii＝1、2、3、...、10计算并集，po_set＝84.4744,42.0291,94.7184.21.4735,96.7341,23.6288,82.9095,62.0113,16.0898,68.2222,3.7756,66.6433,58.0347,60.2827,34.5978,68.2317,34.3432,84.8593,42.0290,83.2804,74.5304,15.3073,96.2895,14.9568，po_set集合为MS为了收集S中10个SN的数据而需要访问的位置的全体可能值；步骤四：计算po_set的长度，记为m，此例中m＝12对于po_set中的每一个元素po_setj其中j＝1、2、3、...、12，计算dis1r_setj，dis1r_setj代表与po_setj距离不大于r的SN组成的集合，结果为：dis1r_set1＝95.1630,30.1455,73.7858,53.9126dis1r_set2＝95.1630,30.1455,94.2737,12.8014,98.3052,17.1121dis1r_set3＝95.1630,30.1455,94.2737,12.8014,98.3052,17.1121dis1r_set4＝92.0332,70.1099,73.7858,53.9126dis1r_set5＝5.2677,66.6339,26.9119,69.8106dis1r_set6＝5.2677,66.6339,26.9119,69.8106,42.2836,66.6528dis1r_set7＝73.7858,53.9126,42.2836,66.6528dis1r_set8＝26.9119,69.8106,42.2836,66.6528dis1r_set9＝26.9119,69.8106,42.2836,66.6528,41.7744,99.9080dis1r_set10＝42.2836,66.6528,41.7744,99.9080dis1r_set11＝54.7871,17.8132,94.2737,12.8014dis1r_set12＝95.1630,30.1455,94.2737,12.8014,98.3052,17.1121；步骤五：对于po_set中的12个dis1r_setjj＝1、2、3、...、12，计算12个dis1r_setj的长度，得2,3,3,2,2,3,2,2,3,2,2,3，取dis1r_setj长度最大值所对应的元素，dis1r_setj最大值所对应的元素有5个，为2,3,6,9,12，此时需要进一步依靠dis_base中的2,3,6,9,12元素选择出该轮中MS的访问位置，dis_base2,3,6,9,12＝53.0424,53.6612,31.0599,38.2140,58.0581，最小值为dis_base6，记为po_set6，即23.7756,66.6133，作为该轮中所选择的MS访问位置，将选择得到的23.7756,66.6133添加进v_set集合中，所述的v_set集合为MS对网络中SN进行数据收集时需要访问的位置集合；步骤六：将po_set6对应的dis1r_set6中的元素从集合S中删除，即：将5.2677,66.6339、26.9119,69.8106、42.2836,66.6528从集合S中删除；步骤七：计算集合S的长度，此时集合S的长度为7，大于0，还未完成对全部10个SN数据的收集任务，因此重复步骤一至步骤六；最后得到MS的访问位置集合v_set＝23.7756,66.6133,94.7184,21.4735,82.9095,62.0113,54.7871,17.8132,41.7744,99.9080；步骤八：将BS位置po_base添加进v_set中，使用遗传算法对v_set集合中的元素进行多次迭代，计算出访问v_set中全部元素的MS移动路径path以及相应的路径长度path_len，最终得到MS的移动路径为：path＝50,50,54.7871,17.8132,94.7184,21.4735,82.9095,62.0113,41.7744,99.9080,23.7756,66.6133,50,50，路径长度path_len＝193.3413；步骤九：移动Sink从BS位置po_base出发，按照S8得到的路径path以恒定的速率v进行移动，待v_set中的全部元素位置均访问之后，MS向po_base移动，进入BS的通信范围r后，通过无线链路将全部数据发送至BS，完成数据收集过程。本发明的优点是：1使用MS在网络范围内巡弋收集数据，簇内成员的数据只需转发至簇头节点，即可被MS成功收集，而无需再进行转发，有效解决网络中SN耗能不均衡的问题，使得不同区域的SN耗能更均衡，缓解了“能量空穴”效应；有效降低了基于移动Sink的无线传感网中使用移动Sink进行数据收集时的数据收集时延；2使用本发明提出的数据收集方法进行数据收集，能够大幅度降低MS对全体SN进行数据收集时所需要访问的位置数目，从而降低了MS进行数据收集时的路径长度；使用遗传算法对得到的v_set集合进行遍历，得到访问v_set全部元素的最短路径，进一步缩短了MS进行数据收集时的路径长度，进一步降低了数据收集时延。以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

权利要求：1.基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对于n个SN组成的集合S，计算集合S中每一个SN的dis2r_seti，所述的dis2r_seti为与S中第ii＝1、2、3、...、n个SN距离不大于2r的其他SN组成的集合，所述的r为SN的通信距离；步骤二：对于集合S中的每一个SN，计算该SN与相应dis2r_seti中所有SN连线的中点，得到po_seti集合；所述的po_seti集合为MS为了收集第ii＝1、2、3、...、n个SN而需要访问的位置的全体可能值；步骤三：根据步骤二中得到的集合S中全部n个SN的n个po_setii＝1、2、3、...、n，计算n个po_seti的并集，得到po_set集合；所述的po_set集合为MS为了收集S中n个SN的数据而需要访问的位置的全体可能值；步骤四：计算po_set的长度，记为m，对于po_set中的每一个元素po_setj其中j＝1、2、3、...、m，计算dis1r_setj，所述的dis1r_setj为与po_setj距离不大于r的SN组成的集合；步骤五：对于po_set中的m个dis1r_setjj＝1、2、3、...、m，计算m个dis1r_setj的长度，取dis1r_setj长度最大值所对应的元素，记为po_setk，作为该轮中所选择的MS访问位置，将选择得到的po_setk点添加进v_set集合中，所述的v_set集合为MS对网络中SN进行数据收集时需要访问的位置集合；步骤六：将po_setk对应的dis1r_setk中的元素从集合S中删除；步骤七：计算集合S的长度，若集合S的长度等于0，则进入步骤八；若S的长度大于0，则重复步骤一至步骤六；步骤八：将BS位置po_base添加进v_set中，使用遗传算法对v_set集合中的元素进行多次迭代，计算出访问v_set中全部元素的路径与路径长度；步骤九：移动Sink从BS位置po_base出发，按照S8得到的路径以恒定的速率v进行移动，待v_set中的全部元素位置均访问之后，MS向po_base移动，进入BS的通信范围r后，将全部数据发送至BS，完成数据收集过程。2.根据权利要求1所述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其特征在于：在步骤五中，若出现po_set中有多个元素的dis1r_setj值相等的情况，对于dis1r_setj相等的元素，计算元素与BS的距离dis_basej，将上述元素中dis_basej值最小的元素作为dis_basek，即选择距离BS距离最近的元素作为该轮中所选择的MS访问位置，并将po_setk添加进v_set中。3.根据权利要求1所述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其特征在于：MS与SN二者间使用无线链路进行通信，使MS在对SN进行数据收集时，无需移动至MS的位置上对其数据收集，只需进入以待收集SN为圆心，半径为通信距离r的圆形区域内部或者位于该圆形区域的圆周上便可以依赖无线链路对处于圆心位置的SN进行数据收集。4.根据权利要求1所述的基于移动Sink的无线传感网的低时延数据收集方法，其特征在于：MS与BS二者间使用无线链路进行通信，使MS在完成对SN的数据收集任务后返回BS的过程中，MS无需到达BS位置后再将收集的数据卸载至BS，当MS处于以BS为中心，以通信距离r为半径的圆形区域内部或者位于该圆形区域的圆周上时，便可以将数据通过无线链路卸载至BS，完成一轮数据收集。

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