一種協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】在本發(fā)明提供的協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法中，首先，工控采集節(jié)點(diǎn)通過綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量及其局部拓?fù)潢P(guān)系選擇組匯聚節(jié)點(diǎn)，從而對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分匯聚組；然后，利用貪心算法在組匯聚節(jié)點(diǎn)集合中構(gòu)造一條遍歷所有組匯聚節(jié)點(diǎn)的組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈，并選擇一個通信代價值最小的組匯聚節(jié)點(diǎn)作為鏈頭節(jié)點(diǎn)與基地臺直接通信，鏈兩端組匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)沿鏈傳輸?shù)芥滎^節(jié)點(diǎn)，從而建立了多跳的數(shù)據(jù)傳輸路徑；最后，工控采集節(jié)點(diǎn)把采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交嘏_。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明考慮了節(jié)點(diǎn)的局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并建立了多跳的數(shù)據(jù)傳輸路徑，從而有效提高了網(wǎng)絡(luò)的能耗效率，實(shí)現(xiàn)了工控采集節(jié)點(diǎn)能量的均衡消耗，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。
【專利說明】一種協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工控采集領(lǐng)域，尤其涉及一種協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的工控采集是在工業(yè)控制機(jī)或PC機(jī)上安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，就地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及測量分析，是一種單機(jī)本地化的測量系統(tǒng)。隨著社會技術(shù)的進(jìn)步，工控采集需要面對的采集節(jié)點(diǎn)越來越多，數(shù)據(jù)也越來越龐大，而工業(yè)局域網(wǎng)和internet的出現(xiàn),使得通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行工控采集的控制成為可能，同時，協(xié)作多點(diǎn)(CoMP)技術(shù)的出現(xiàn)也為大量節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的傳輸或匯總提供了解決方案。
[0003]工控采集節(jié)點(diǎn)的感知、計算和通信能力有限，節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電，能量有限而且不可再生，存在嚴(yán)重的能量約束問題。由于某些工控采集網(wǎng)絡(luò)一般布設(shè)在惡劣的環(huán)境中，無法更換電池或更換電池的成本很高，如何更有效地使用工控采集節(jié)點(diǎn)的能量，對于延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命至關(guān)重要。因此，需要使用一種能量高效的工控采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，把數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)實(shí)時、可靠地傳送到基地臺，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
[0004]另外，在目前用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚煞椒ㄖ?，大都關(guān)注的是節(jié)點(diǎn)能量、路由跳數(shù)，忽略了節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由的可靠性。具有最小跳數(shù)的路由不一定是最優(yōu)路由，如果路由中包含不可靠路徑，就降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。因此，如何設(shè)計一種能量高效的、完整的工控采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了一種協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法，其包括以下步驟:
[0007]S1、工控采集網(wǎng)絡(luò)中的η個工控采集節(jié)點(diǎn)Ci同時啟動其內(nèi)置的計時器T1, i = 1，
2,3,......，n，在通信半徑r內(nèi)廣播自身的剩余能量消息，接收各相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)送的剩余能量消息并保存在自身內(nèi)置的相鄰節(jié)點(diǎn)表中，j = 1,2,3,......，m，且m<n;根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身發(fā)送和接收能量剩余消息后的當(dāng)前剩余能量ΕΜ，并用Em更新其內(nèi)置剩余能量表中的初始剩余能量Ecu ；
[0008]S2、所述各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)當(dāng)前相鄰節(jié)點(diǎn)表中所有相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)&的初始剩余能量Ecu,計算相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)Cj的平均剩余能量Eai:
[0009]S3、所述各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci啟動其內(nèi)置的組匯聚節(jié)點(diǎn)選擇持續(xù)時間計時器T2，并根據(jù)下式設(shè)置其組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息的限時計時器ti;

【權(quán)利要求】
1.一種協(xié)作多點(diǎn)工控采集數(shù)據(jù)傳輸方法，其包括以下步驟: .51、工控采集網(wǎng)絡(luò)中的η個工控采集節(jié)點(diǎn)Ci同時啟動其內(nèi)置的計時器T1,i = 1,2,.3，......，n，在通信半徑r內(nèi)廣播自身的剩余能量消息，接收各相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)&發(fā)送的剩余能量消息并保存在自身內(nèi)置的相鄰節(jié)點(diǎn)表中，j = 1,2,3,......，m，且m<n;根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身發(fā)送和接收能量剩余消息后的當(dāng)前剩余能量ΕΜ，并用Em更新其內(nèi)置剩余能量表中的初始剩余能量Ecu ； .52、所述各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)當(dāng)前相鄰節(jié)點(diǎn)表中所有相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)q的初始剩余能量Ecu，計算相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)&的平均剩余能量Eai: .53、所述各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci啟動其內(nèi)置的組匯聚節(jié)點(diǎn)選擇持續(xù)時間計時器T2,并根據(jù)下式設(shè)置其組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息的限時計時器ti;
t, = P χ? X ， 式中，P是一個隨機(jī)均勻分布在(0.9，I)之間的實(shí)數(shù)值； .54、所述各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci在其限時計時器\計時到時之前，查詢是否收到所述相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)&的組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息: 若所述工控采集節(jié)點(diǎn)Ci收到一個相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)的組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息，則選擇發(fā)出該組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息的相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)&為自己的組匯聚節(jié)點(diǎn)并向該組匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送加入?yún)R聚組消息，根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身接收組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息和發(fā)送加入?yún)R聚組消息后的當(dāng)前剩余能量E2ii，并用E2ii更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量Em ； 若所述工控采集節(jié)點(diǎn)Ci收到k個相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)的組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息，I<k彡m,則將這k個相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)Cj作為候選組匯聚節(jié)點(diǎn)C。，c = I,..., k,并根據(jù)以下公式計算:COSTc =φχ d(Ci,C,) + (I —爐)X i/(C BS) 上式中，COST。為工控采集節(jié)點(diǎn)Ci到候選組匯聚節(jié)點(diǎn)C。的通信代價，(Kci, C。)是工控采集節(jié)點(diǎn)Ci到候選組匯聚節(jié)點(diǎn)C。的通信距離，d (C。，BS)是候選組匯聚節(jié)點(diǎn)Ce到基地臺BS的距離，P是調(diào)節(jié)(KCi, C。)與d(C。，BS)之間權(quán)重的參數(shù)且O <p< I;選定具有最小通信代價Min (COST。)的候選組匯聚節(jié)點(diǎn)C。為本工控采集節(jié)點(diǎn)Ci的組匯聚節(jié)點(diǎn)并向該組匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送加入?yún)R聚組消息，根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身接收多條組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息和發(fā)送加入?yún)R聚組消息后的當(dāng)前剩余能量E2ii，并用E2ii更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量Em ； 若所述工控采集節(jié)點(diǎn)Ci在其限時計時器\計時到?jīng)]有收到任何組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息，則在通信半徑r內(nèi)廣播組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息，然后接收z個相鄰工控采集節(jié)點(diǎn)q發(fā)送的加入?yún)R聚組消息，z ( m，根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身廣播組匯聚節(jié)點(diǎn)表明消息和接收z條加入?yún)R聚組消息后的當(dāng)前剩余能量E2，i并用E2，i更新Em ； .55、當(dāng)已成為組匯聚節(jié)點(diǎn)的工控采集節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或C。設(shè)置的組匯聚節(jié)點(diǎn)選擇持續(xù)時間計時器T2計時到，該工控采集節(jié)點(diǎn)Ci或&或C。調(diào)整發(fā)射功率，向基地臺BS報告其成為組匯聚節(jié)點(diǎn)消息，基地臺BS據(jù)此計算組匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)量y，并將各組匯聚節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為CHq且q=I，......，7且7<11,各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq名下的匯聚組成員標(biāo)記為Memqx, X= I,......,ω，且ω <η，隨即，當(dāng)選為組匯聚節(jié)點(diǎn)的工控采集節(jié)點(diǎn)(；或&或C。根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身向基地臺BS報告成為組匯聚節(jié)點(diǎn)消息后的當(dāng)前剩余能量E3，i;并用E3ii更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E2ii ;而未當(dāng)選組匯聚節(jié)點(diǎn)的各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci或C。則令 E3;i = E2；i ； . 56、所述基地臺BS從組匯聚節(jié)點(diǎn)集合CHq中選擇距基地臺BS最遠(yuǎn)的一個組匯聚節(jié)點(diǎn)CHs作為組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈中的第一個節(jié)點(diǎn)，然后利用貪心算法找到離所述組匯聚節(jié)點(diǎn)CHs最近的相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)CHt作為所述組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈中的第二個節(jié)點(diǎn)，以此類推，繼續(xù)從未訪問過的組匯聚節(jié)點(diǎn)中找到離所述相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)CHt最近的相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)作為組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈中的第三個節(jié)點(diǎn)，直至遍歷組匯聚節(jié)點(diǎn)集合CHq中的全部組匯聚節(jié)點(diǎn)而生成一條組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈； .57、所述基地臺BS根據(jù)下式計算所述各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq到基地臺BS的能量權(quán)值\: W - EitCHq? — ? i/ccY/v/^sviq—，......，y 式中，E3,cHq為組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq的當(dāng)前剩余能量，將具有最大能量權(quán)值的組匯聚節(jié)點(diǎn)CHu作為與基地臺BS直接通信的鏈頭節(jié)點(diǎn)；隨即，基地臺BS向各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq廣播組成組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息，同時，向全體工控采集節(jié)點(diǎn)Ci廣播數(shù)據(jù)傳輸指令； .58、所述各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq接收組成組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令，并根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身組成組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令后的當(dāng)前剩余能量E4i，并用E4i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E3, i ; 所述各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq名下的匯聚組成員節(jié)點(diǎn)Memqx接收數(shù)據(jù)傳輸指令消息，并根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身接收數(shù)據(jù)傳輸指令后的當(dāng)前剩余能量Εμ，并用Em更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E3ii ； .59、所述各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq名下的匯聚組成員節(jié)點(diǎn)Memqx將采集數(shù)據(jù)傳送給各自的組匯聚節(jié)點(diǎn)CH,，并根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身發(fā)送采集數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5ii，并用E5;i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量Em ； 非鏈頭節(jié)點(diǎn)的各組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq接收其匯聚組成員Memqx發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并將接收數(shù)據(jù)與自身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，接收其在組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈中的下位相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將所述鏈數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)作為新的鏈數(shù)據(jù)發(fā)送給其在組匯聚節(jié)點(diǎn)遍歷鏈中的上位相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)CHq+1或CHtrl，根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身接收ω條采集數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)、接收和發(fā)送鏈數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5ii，并用E5ii更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4，i ； 所述鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu接收其匯聚組成員Memux發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對接收數(shù)據(jù)和自身采集數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；接收其第一、第二下位相鄰組匯聚節(jié)點(diǎn)CHlri和CHU+1傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將這兩個鏈數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)發(fā)送給基地臺BS，根據(jù)工控采集節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計算自身接收ω ； S10、當(dāng)所述工控采集節(jié)點(diǎn)Ci內(nèi)置的計時器T1計時到，存活的各工控采集節(jié)點(diǎn)Ci重新啟動各自的計時器T1，進(jìn)行下一輪的運(yùn)行，由此周而復(fù)始，直到基地臺BS接收不到所述工控采集網(wǎng)絡(luò)中的任何數(shù)據(jù)，就判定工控采集節(jié)點(diǎn)Ci全部失效。
【文檔編號】H04W52/02GK104185240SQ201410424184
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】郭陽斌, 經(jīng)鋒, 郭陽勇, 李曉龍, 劉小平 申請人:成都聯(lián)星微電子有限公司