一種用于無線傳感器網絡的高能效數據采集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種數據采集方法，尤其涉及一種用在無線傳感器網絡中，通過利用用戶移動設備而只激活必要傳感器的高能效數據采集方法，屬于無線傳感網技術領域。
【背景技術】
[0002]當前，無線傳感器網絡和電信網絡的融合成為一個熱門研究課題，也成為一種非常流行的用于拓展服務的網絡部署解決方案。一方面，電信網絡可以通過管控無線傳感器網絡設備監控或采集數據來擴大應用；另一方面，無線傳感器網絡可以利用電信網絡與其它類型網絡分享信息。
[0003]在現有的無線傳感器網絡中，數據是由傳感器收集并通過多跳鏈路傳送的。這一機制將大大提高瓶頸節點的能耗，并將導致網絡拓撲不合時宜地被分割甚至癱瘓。為了解決這一問題，移動數據匯聚節點方案被提出來，用于從地理位置上平衡傳感器能耗，實現全網的數據采集。這一方案不僅解決了匯聚節點的一跳鄰居節點的早死問題，并且也通過將中繼數據的責任分配給傳感器網絡的一部分匯聚節點的方式延長了整個無線傳感器網絡的壽命。
[0004]在專利號為ZL 201210151192.7的中國發明專利中，公開了一種無線傳感器網絡中的數據采集方法。該方法在對普通節點構造的二級簇的基礎上，對被監測區域進行分區，然后為基站設計了一種合理調度多個數據采集器進行數據采集的方法，達到減少節點的能量消耗并降低數據延遲的目的。普通節點監測到事件時，只需發送一個請求信息給一級簇首，一級簇首通過二級簇首將請求信息傳遞給基站，然后等待數據采集器來采集數據，減少了數據傳輸時需要的大量能量，延長了傳感器網絡的生命周期。
[0005]擁有蜂窩接口的用戶移動設備作為移動數據匯聚節點的方案是融合電信網絡和無線傳感器網絡的潛在選項之一。在大多數融合應用中，蜂窩網絡實體如用戶移動設備作為網關或匯聚節點，被用于無線傳感器網絡以提供更方便高效的服務。此外，在3GPP(the3rd Generat1n Partnership Pro ject)中，蜂窩網絡和毛細管網絡(例如無線傳感器網絡)之間的移動網關已經受到運營商的廣泛關注。然而，這種融合也為無線傳感器網絡帶來了挑戰，比如更多的控制信令，更繁瑣的管理和更復雜的架構等。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題在于提供一種用于無線傳感器網絡的高能效數據采集方法。
[0007]為實現上述的發明目的，本發明采用下述的技術方案:
[0008]—種用于無線傳感器網絡的高能效數據采集方法，所述無線傳感器網絡用于為用戶移動設備進行數據采集，包括如下步驟:
[0009]所述用戶移動設備激活其一跳范圍內的節點，報告請求當前最高父節點，以請求數據采集協助；
[0010]向進入所述無線傳感器網絡的所有用戶移動設備廣播幫助消息；
[0011]候選用戶激活其一跳范圍內的傳感器，并匯報候選當前最高父節點；
[0012]從候選用戶中決定必要用戶和必要傳感器；
[0013]向必要用戶廣播協助消息以使其協助數據采集。
[0014]其中較優地，還包括如下步驟:
[0015]在所述用戶移動設備激活其一跳范圍內的節點的步驟之前，維護貶值節點表和增值節點表，
[0016]在所述向必要用戶廣播協助消息以使其協助數據采集的步驟之后，更新貶值節點表和增值節點表，
[0017]所述貶值節點表和增值節點表存儲所述當前最高父節點信息，用于決定所述必要傳感器以進行數據采集和傳輸，以及所述必要用戶以對數據傳輸提供輔助。
[0018]其中較優地，所述從候選用戶中決定必要用戶和必要傳感器的步驟，包括如下步驟:
[0019](41)判斷如果所述候選當前最高父節點在拓撲上不是所述請求當前最高父節點的子節點，則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格;如果所述候選當前最高父節點在拓撲上是所述請求當前最高父節點的子節點，則進入下一步；
[0020](42)判斷周圍的一跳父節點是否為數據收集節點，如果是則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格;如果不是，則進入下一步；
[0021](43)判斷從所述一跳父節點到第一個出現的所述候選當前最高父節點是否在孩子分支中存在數據采集節點，如果存在，則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格;如果不存在則進入下一步；
[0022](44)從確定的所述候選當前最高父節點到第一個出現的所述候選當前最高父節點分支是否存在數據采集節點，如果不存在則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格；如果存在則確定所述候選當前最高父節點能夠協助進行數據傳輸。
[0023]其中較優地，所述步驟(41)中，如果所述請求當前最高父節點和所述候選當前最高父節點之間無關系，則所述候選用戶被剝奪候選資格;如果所述候選當前最高父節點在拓撲上是所述請求當前最高父節點的父節點，則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格。
[0024]其中較優地，如果所述一跳父節點是數據收集節點，則所述候選當前最高父節點被剝奪候選資格；
[0025]如果所述一跳父節點是數據傳輸節點，則所述一跳父節點在最初將被激活用來進行數據傳輸。
[0026]其中較優地，所述必要傳感器為從所述一跳父節點向下直到所述第一個出現的所述候選當前父節點的傳感器節點。
[0027]與現有技術相比較，本發明所提供的高能效數據采集方法通過協調多用戶設備的信息決定哪些必要的用戶移動設備輔助數據傳輸，避免激活傳感器來保持它們處于休眠狀態以節省能耗，顯著降低了無線傳感器網絡實現數據采集時的能耗。
【附圖說明】
[0028]圖1為用于實施本發明的一個無線傳感器網絡的示例圖；
[0029]圖2為本發明所提供的高能效數據采集方法的流程圖；
[0030]圖3為確定候選當前最高父節點的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容做進一步的詳細說明。
[0032]在本發明中，發明人提出一種無線傳感器網絡中利用用戶移動設備而只激活必要傳感器的高能效數據采集方法。圖1是用于實施該高能效數據采集方法的一個無線傳感器網絡示例。在該無線傳感器網絡示例中，遵循如下假設:
[0033]1)無線傳感器采用ZigBee樹形拓撲并采用IEEE 802.15.4協議組網。
[0034]2)無線傳感器網絡結點的地址分配基于ZigBee協議定義的地址分配機制。
[0035]3)蜂窩網絡可識別傳感器的地址機制。
[0036]4)所有無線傳感器網絡結點處于休眠狀態。
[0037]5)多個用戶設備隨機地進入無線傳感器網絡覆蓋區域自由地采集數據。
[0038]6)采集到的數據在一段時間內有效。在此期間，不要重新采集相同數據。
[0039]在圖1所示的無線傳感器網絡示例中，傳感器基于樹形拓撲組網并且處于休眠狀態。多個用戶移動設備隨機地進入無線傳感器網絡區域，并且自由地停在任何地方從傳感器接收數據。這些傳感器是由用戶移動設備激活來收集或傳送數據并且進入休眠狀態，直到再次被激活。基站從用戶移動設備接收相關信息，并且實現有選擇地決定必要的用戶移動設備，使其基于不同運行準則輔助數據傳輸:
[0040]?基站自己實現前述提出的機制進行決策。
[0041]?由服務器來實現前述提出的機制進行決策。而基站對用戶移動設備與服務器之間的信息交互是透明的，僅僅作為轉發角色。
[0042]在本發明所提供的高能效數據采集方法中，核心思路在于由蜂窩網絡實體、基站或服務器決定必要的用戶移動設備進行數據采集和傳送信號。蜂窩網絡實體、基站或者服務器通過協調多用戶移動設備的信息決定哪些必要的用戶移動設備來輔助數據傳輸，從而避免激活傳感器來保持它們處于休眠狀態以