一种传感器节点通信优化方法、装置及可读存储介质与流程

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种传感器节点通信优化方法、装置及可读存储介质。

背景技术：

文章h.cam,sozdemia,p.nair,d.muthuavinashiappan,h.ozgursanli,(2006)“energy-efficientsecurepatternbaseddataaggregationforwirelesssensornetworks”,journalofcomputercommunications,vol.29中指出数据传输最多可占典型传感器节点功耗的70％，如果减少了通信总量，则可能会节省大量能源。而集群这种成熟的技术可以降低无线传感器网络中的数据收集成本。聚类算法可以帮助无线传感器网络中的传感器进行聚类，在聚类的基础上设计信息传输的方式从而达到降低整体网络的能耗的目的。

在文章qianqianren,jianzhongli,jinbaoli,(2007)“anefficientclustering-basedmethodfordatagatheringandcompressinginsensornetworks”,internationalconferenceonsoftwareengineering,artificialintelligence,networking,andparallel/distributedcomputing中传感器节点被聚类，并且在传感器节点处利用小波压缩对传感器节点进行有效的数据采集，以降低能量消耗。

文章chiwoopark,yuding,eunshinbyon,(2008)“collaborativedatareductionforenergyefficientsensornetworks”,4thieeeconferenceonautomationscienceandengineering中提出了一种新的协作数据约简方法，以消除来自多个传感器以及单个传感器的数据中存在的冗余。所提出的方法使用基于树的数据传播模型来表征多个传感器之间的协作结构，但只能检测线性数据冗余，需要进一步的研究来消除非线性数据冗余。

文章lauraimbriglio,fabiograziosi,(2009)“dsvca:anoveldistributedclusteringalgorithmforwirelesssensornetworksbasedonstatisticaldatacorrelation”,internationalconferenceonultramoderntelecommunicationandworkshop利用数据相似性的概念对传感器节点进行聚类，这种聚类算法是一种很好的解决网络数据流量最小化和降低整个网络能耗的方法。

但依据目前的方法均无法达到能耗控制的预期效果。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种传感器节点通信优化方法、装置及可读存储介质，用以对无线传感器网络进行合理的数据聚集，降低节点能耗，延长网络的生命周期。

第一方面，本发明实施例提供一种传感器节点通信优化方法，包括：

根据预先构建的传感器网络确定无向图集合；

通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，其中所述节点团之间互不相交；

从所述节点团中选取主传感器节点；

基于所述主传感器节点进行数据采集。

可选的，预先构建传感器网络，包括：模拟实际传感器布置，以构建传感器网络。

可选的，通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，包括：

初始化所述无向图集合中的传感器节点的覆盖状态；

改变初始化后的所述无向图集合中传感器节点的覆盖状态，并将对应的传感器节点加入备选团集合；

更新基于对应的传感器节点所构建的节点选取集合和节点对集合；

从更新后的节点选取集合或节点对集合中选取传感器节点加入备选团集合直至满足预设条件；

根据所述备选团集合确定节点团。

可选的，基于对应的传感器节点构建节点选取集合，包括：

以从节点选取集合中选取任意节点加入到所述备选团集合中所述备选集合满足团概念为目标，从所述无向图集合中的传感器节点选取传感器节点，以构建节点选取集合。

可选的，基于对应的传感器节点构建节点对集合，包括：

从所述无向图集合中的传感器节点选取传感器节点对，满足：

所述节点对的其中一个节点在所述备选集合中，另一个节点在所述备选集合外，所述节点对的两个节点互不相连，且，在所述备选集合外的节点与去除节点对另一节点后的所述备选集合中的剩余节点相连。

可选的，从更新后的节点选取集合或节点对集合中选取传感器节点加入备选团集合直至满足预设条件，包括：

根据预设选取标准或者根据预设选择概率从节点选取集合和节点对集合中选取传感器节点。

可选的，所述预设条件，包括：

所述节点选取集合以及节点对集合均为空，或者，

所述节点选取集合为空，且，选取过程执行至预设迭代上限。

第二方面，本发明实施例提供一种传感器节点通信优化装置，包括：

集合构建单元，用于根据预先构建的传感器网络确定无向图集合；

分割单元，用于通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，其中所述节点团之间互不相交；

选取单元，用于从所述节点团中选取主传感器节点；

采集单元，用于基于所述主传感器节点进行数据采集。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法的步骤。

本发明实施例通过预设团划分方法基于无向图集合将所述传感器网络划分为多个互不相交的节点团，从节点团中选取主传感器节点；基于主传感器节点进行数据采集，由此实现了对无线传感器网络进行合理的数据聚集，降低了节点能耗，延长了网络的生命周期，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

物联网是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。无线传感器网络(wirelesssensornetworks，wsns)是物联网网络的重要基础。无线传感器网络具有广泛的应用，如温度监测、环境监测。无线传感器网络由密集部署的无线传感器节点组成，以提供更大的覆盖范围。传感器节点的密集部署在网络中提供了空间相关性。

实施例一

本发明第一实施例提供一种传感器节点通信优化方法，如图1所示，包括以下具体步骤：

s10、根据预先构建的传感器网络确定无向图集合；

s20、通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，其中所述节点团之间互不相交；

s30、从所述节点团中选取主传感器节点；

s40、基于所述主传感器节点进行数据采集。

在本实施例中，将无线网络视为一个包含n个节点的无向图g，当且仅当相似性索引大于等于集群内的预设相似性阈值时，将节点之间看作是有边相连，若两个传感器节点之间有边相连，则两个传感器节点之间可以相互通信。

本实施例中进一步介绍团的概念，团是图问题中的一个概念，给定一个无向图g，无向图g中的团是顶点的集合，并且团中的任意两个顶点在无向图g中均有边相连，在本实施例中的无线网络构成的无向图中，团中的任意两个节点之间可以相互通信。

无线传感器网络中的传感器节点部署比较密集，体积小，功率低，本发明方法能够对整个无线传感器网络进行合理的数据聚集，实现降低节点能耗，对延长网络的生命周期有着重要的意义。

可选的，预先构建传感器网络，包括：模拟实际传感器布置，以构建传感器网络。

具体地说，本实施例中为了将传感器节点进行聚类，首先模拟实际传感器布置，从而构建传感器网络。

可选的，通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，包括：

初始化所述无向图集合中的传感器节点的覆盖状态；

改变初始化后的所述无向图集合中传感器节点的覆盖状态，并将对应的传感器节点加入备选团集合；

更新基于对应的传感器节点所构建的节点选取集合和节点对集合；

团的划分方法至关重要，若团划分合理，则可以合理选择主节点，从而节省在这个过程中的传输开销。本实施例中提出一种实质可行的团划分方法，包括：

首先根据前述传感器网络确定无向图集合g＝(v,e)，其中v为节点的集合，e为边的集合，然后对无向图集合g＝(v,e)进行初始化，具体可以将无向图集合g中的每个节点都初始化为未被覆盖的状态，同时构建一个备选团集合c，并赋值为空集，由此完成初始化。

然后进行团划分，包括：在所有未被覆盖的节点中选择一个节点v，改变节点v为覆盖状态，然后将节点v加入备选团集合c中，更新基于对应的传感器节点所构建的节点选取集合和节点对集合，本实施例中，选择初始的节点v加入到空备选团集合c中，可选方式为在候选集合中选择度最大的节点或者随机选择一个节点，节点选取集合和节点对集合为根据备选团集合c建立的附加集合，本实施例中进一步介绍节点选取集合和节点对集合的构建方式。

可选的，基于对应的传感器节点构建节点选取集合，包括：

以从节点选取集合中选取任意节点加入到所述备选团集合中所述备选集合满足团概念为目标，从所述无向图集合中的传感器节点选取传感器节点，以构建节点选取集合。

具体的说，节点选取集合本实施例中称为sadd集合，sadd集合满足从sadd集合中选择任何一个节点加入到备选团集合c中，备选团集合c依然满足“团”概念，也即本实施例中在所有未被覆盖的节点中选择一个节点v，改变节点v为覆盖状态，然后将节点v加入备选团集合c中之后，更新sadd集合，具体的更新方式可以是从无向图集合中的传感器节点选取满足条件的传感器节点加入到sadd集合。

可选的，基于对应的传感器节点构建节点对集合，包括：

从所述无向图集合中的传感器节点选取传感器节点对，满足：

所述节点对的其中一个节点在所述备选集合中，另一个节点在所述备选集合外，所述节点对的两个节点互不相连，且，在所述备选集合外的节点与去除节点对另一节点后的所述备选集合中的剩余节点相连。

具体的说，节点对集合本实施例中称为sswap集合，sswap集合是节点对<u,v>的集合，对于sswap集合中的任意节点对满足，节点u在备选团集合c中，节点v在备选团集合c外，节点u与节点v互不相连，且节点v与备选团集合c中去除节点u之外的其他节点均相连，也即本实施例中在所有未被覆盖的节点中选择一个节点v，改变节点v为覆盖状态，然后将节点v加入备选团集合c中之后，更新sswap集合，具体的更新方式可以是从无向图集合中的传感器节点选取满足条件的传感器节点对加入到sswap集合,将不满足条件的传感器节点对从sswap中删除。

从更新后的节点选取集合或节点对集合中选取传感器节点加入备选团集合直至满足预设条件；

具体的，节点选取集合和节点对集合也即sadd集合和sswap集合更新后，本实施例中进一步从sadd集合或sswap集合选取传感器节点加入备选团集合c，具体的实现方式可以是，从sadd集合中选择一个节点加入到备选团集合c中，并且将选择的对应节点的状态更新为已覆盖，或者从sswap集合中选择一个节点对，将节点对的一个节点从备选团集合c中删除，将节点对的另一个节点加入到节点对的c中，不断重复前述过程，直至满足预设条件。

可选的，从更新后的节点选取集合或节点对集合中选取传感器节点加入备选团集合直至满足预设条件，包括：

根据预设选取标准或者根据预设选择概率从节点选取集合和节点对集合中选取传感器节点。

具体地说，在本实施例中，对于加入备选团集合c的节点的选取方式，在具体执行过程中可以是如下几种方式：

以不同的选择带来的潜在收益作为选择标准，或者，以一定概率选择sadd集合，以一定概率选择sswap集合。

也可以根据从不同集合中选择节点的方式不同，例如：如根据节点的度选择，或者，根据选择后sadd与sswap集合的变化值进行选择，具体的执行选择的方式可以根据实际情况设定。

可选的，所述预设条件，包括：

所述节点选取集合以及节点对集合均为空，或者，

所述节点选取集合为空，且，选取过程执行至预设迭代上限。

具体的，根据前述选取方式从更新后的节点选取集合或节点对集合中选取传感器节点加入备选团集合，直到sadd集合与sswap集合均为空，或者sadd集合为空并且这个迭代过程执行了l步(预设迭代上限)。

当sadd集合为空后，当前备选团集合c即为全部团划分中的一个节点团。将该节点团在内存中记录下来，将备选团集合c重新置为空集，重复进行节点团的划分，也即在满足预设条件后可以将当前备选团集合c确定为一个节点团，基于上述步骤，则可以基于无向图集合将传感器网络划分为多个节点团，并且满足节点团之间互不相交，在具体实践过程中可以编译自动算法选择器实现对算法策略进行自动选择。

在完成节点团划分之后，从所述节点团中选取主传感器节，并基于所述主传感器节点进行数据采集。

在一个团中的节点没有必要全部将信息传递给汇聚节点(主传感器节点)，汇聚节点执行循环调度保证在同一个团中每次只选择一个节点进行信息的传输。当通过本发明团划分方法将无线传感器网络划分为数个节点团后，由于节点团中的传感器之间可相互通信，然后可在每个节点团中选出一个主传感器节点，每次将主节点的信息进行汇总即可得到整个传感器网络的数据，由此实现降低整体无线传感器网的能耗。

通过本发明方法能够对整个无线传感器网络进行合理的数据聚集，实现降低节点能耗，对延长网络的生命周期有着重要的意义。

实施例二

本发明第二实施例提供一种传感器节点通信优化装置，包括：

集合构建单元，用于根据预先构建的传感器网络确定无向图集合；

分割单元，用于通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，其中所述节点团之间互不相交；

选取单元，用于从所述节点团中选取主传感器节点；

采集单元，用于基于所述主传感器节点进行数据采集。

无线传感器网络中的传感器节点部署比较密集，体积小，功率低，本发明能够对整个无线传感器网络进行合理的数据聚集，实现降低节点能耗，对延长网络的生命周期有着重要的意义。

实施例三

本发明第三实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施例的方法的步骤。

在一个具体的实现方式中，所述计算机程序被处理器执行时实现：

根据预先构建的传感器网络确定无向图集合；

通过预设团划分方法基于所述无向图集合将所述传感器网络划分为多个节点团，其中所述节点团之间互不相交；

从所述节点团中选取主传感器节点；

基于所述主传感器节点进行数据采集。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。