[發明專利]無線傳感器網絡中基于節點性能的任務分配算法

有效

• 申請號: 201210011735.5
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102448123A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 韓光潔;張娜;董玉慧;江金芳;劉同慶;郭惠;張晨語
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W52/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡通信領域，具體說是一種無線傳感器網絡中基于節點性能的任務分配算法。

背景技術

無線傳感器網絡的應用前景非常廣闊，能夠廣泛應用于軍事、環境監測和預報、智能家居和智能樓宇、城市交通、大型動植物養殖場的安全監測等領域。隨著無線傳感器網絡的深入研究和廣泛應用，無線傳感器網絡將逐漸深入到人類生活的方方面面。無線傳感器網絡是由數量眾多的體積小、質量輕和能量受限的節點組成，通常通過飛機投放的形式部署在觀測區域，由節點間相互通信形成的一個自組織網絡。隨著應用的實時性要求越來越高，計算密集度越來越大，而傳感器的電池電量和運算處理速度有限，多個節點相互協作比單一節點更能滿足應用所要求的計算能力。同時傳感器節點相互協作共同完成任務，也是節約節點能量，提高系統性能，滿足應用需求的有效途徑。分布式計算是協作的理論基礎，在無線傳感器網絡中起著重要的作用。

感知節點檢測到任務流并分配給不同的傳感器節點進行處理，每個節點分別對分配到的任務進行處理，直到所有任務處理完成。合理的分布式計算可以保證算法的可靠性，并且避免大量任務處理工作分配給單一節點而使其能量耗竭，因此節點能耗均衡得到廣泛關注和研究。任務調度和分配算法在提高分布式計算效率，均衡節點能耗中起了重要的作用，合理的任務分配在高效協作任務處理中有著舉足輕重的地位，并且正被廣泛研究。

目前很多任務分配方案都是基于同構網絡提出的，部分異構網絡中提出的任務分配方案也沒有能夠綜合考慮能量消耗、成功概率和實時性的問題。朱敬華和高宏在《無線傳感器網絡中能源高效的任務分配算法》中提出一種在同構網絡環境下基于遺傳算法的嵌套優化技術的任務分配算法，滿足應用的實時性要求也實現了能源的高效性，但是由異構節點構成的網絡更符合現實應用的需求。Sekhar?等人提出一種基于A*算法的將任務分配給大量傳感器節點的最優化算法，同時考慮到節點的能量受限問題，提出了貪婪A*算法來減少A*算法最優分配方案的復雜度。實現了系統能源高效，但是未能保證任務的并行化處理，沒有體現應用的實時性。

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發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種在無線傳感器網絡中任務分配算法中節點性能指標的確定方法，此方法應用于無線傳感器網絡協作任務處理時優化任務的分配方案，可以提高任務的實時響應性，均衡節點的能量消耗，延長系統生命周期。

本發明的技術方案是提供無線傳感器網絡中基于節點性能的任務分配算法，其是根據節點處理任務的能量消耗、速率以及成功率構造出節點任務處理性能參數的方法，其特征在于：其包括以下步驟：?

1）構造一個由異構節點組成的一跳無線傳感器節點模型，每個傳感器節點包括其計算速率和單位計算能耗以及單位通信能耗；

?2）根據解決目標問題的所有任務之間的相互關系，將所有任務根據其相互之間的邏輯關系和權重劃分為若干個任務小組；

3）根據預設數學公式計算每個節點處理每個所述任務小組中的任務的計算能量消耗以及通信能量消耗；

4）將計算得到的每個節點處理每個所述任務小組中的任務的能量消耗、節點的合作成功率和計算速率乘上各自的權重后累加，以累加值作為該節點的性能參數；

5）根據所有節點的性能參數，遍歷將所有所述任務小組分配給節點的情況，選取其中所有節點的性能參數總和最佳的分配方案。

優選的，所述步驟2）中根據預設規則將所述任務根據各自間的關系分配成若干任務小組。

優選的，所述步驟2）中將所有所述任務劃分為若干個任務小組的劃分原則為：

1）：兄弟任務劃分到不同的任務小組內；?

2）：父親任務總是要求權重最大的沒有入組的孩子任務加入自己組內；

3）：孩子任務收到多個父親任務的要求時，總是加入權重較大的父親任務所在小組。

優選的，所述步驟3）中的能量消耗包括計算能量消耗和通信能量消耗。

優選的，所述步驟4）綜合考慮影響節點處理任務的各方面因素，并將量化節點性能指標問題看作是這幾個因素的最優化問題，擬合出所述節點性能參數。