[發明專利]基于圖論的能量獲取傳感器網絡節點休眠調度方法和系統

有效

• 申請號: 201310498477.2
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103546948A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 陳宏濱;趙峰;李思敏
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

技術領域

本發明涉及傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于圖論的能量獲取傳感器網絡節點休眠調度方法和系統。

背景技術

傳感器網絡是面向應用的特殊無線自組織網絡，在智能家居、智能交通、工業監測、環境監測、遠程醫療、戰場監視等領域都有潛在的應用價值。在傳感器網絡中，大量微型傳感器節點部署在觀測區域，采集數據并且以多跳的方式將數據發送到融合中心。傳感器節點用電池供電，自帶能量是有限的，而且電池很難更換。為此傳感器網絡的典型特征是能量受限，各種算法、協議的設計都以節能為首要目標，并且盡力平衡性能和能耗。

能量獲取傳感器網絡近年來成為國內外學界的關注焦點。在能量獲取傳感器網絡中，節點從外界獲取能量（如太陽能），一定程度上緩解了自身的能量約束，延長了網絡生命周期。但是，外界可獲取的能量是不穩定的，不是任何時刻都有，而且可獲取量隨時間變化。另外，太陽能轉化的效率和能量緩存空間也影響到太陽能的優化利用。這就要求我們在設計能量獲取傳感器網絡的算法和協議時，充分考慮能量獲取的隨機性和傳感器網絡的工作任務，盡量提高能效。能量獲取傳感器網絡特別適合用于野外環境監測。當傳感器節點自帶的電池能量不足時，節點從外界獲取太陽能、風能等新能源并且將它們轉化為電能。

當傳感器網絡用于野外環境監測時，節點休眠調度使得傳感器網絡出現覆蓋冗余時讓冗余節點進入休眠狀態以節省能量，這樣還可以平衡節點能耗，延長網絡生命周期。傳感器網絡節點休眠調度的代表性方法有基于分簇的休眠調度方法、基于節點距離和跳數的休眠調度方法、基于角度覆蓋的休眠調度方法、基于Voronoi圖的休眠調度方法、保證覆蓋度和連通性的休眠調度方法等。這些方法都面向節點能量固定的傳感器網絡，盡管延長了網絡生命周期，但是沒有考慮能量獲取的隨機性以及由此引起的傳感器網絡拓撲結構動態變化，可能導致所獲取能量的不當使用。

發明內容

針對現有的傳感器網絡休眠調度方法不適用于能量獲取傳感器網絡的情形，本發明提出一種基于圖論的能量獲取傳感器網絡節點休眠調度方法，并提供了實現該方法的休眠調度系統，適應了能量獲取的隨機性以及傳感器網絡拓撲結構的動態變化，能夠更有效地利用所獲取的能量，適用于多種傳感器網絡類型以及更適合野外監測等無法供電并且很難更換電池的應用環境。

本發明技術方案如下：

一種基于圖論的能量獲取傳感器網絡節點休眠調度方法，包括：

在監測區域內構造能量獲取傳感器網絡的加權有向圖G=(V,S)；

根據加權有向圖G=(V,S)計算各條鏈路的權重；

根據各條鏈路的權重值對組成鏈路的節點進行著色，著色順序按照各條鏈路的權重值大小依次進行，當監測區域被已經著色的節點完全覆蓋時，剩余的節點不進行著色，不被著色的節點進入休眠狀態；

根據設定的休眠調度制度開始下一輪休眠調度。

其中：V是傳感器節點的集合，S是傳感器節點之間鏈路的集合。

所述的休眠調度制度為當能量獲取傳感器網絡不能滿足監測區域覆蓋要求時，開始下一輪休眠調度。

所述的鏈路權重由下式獲得：

λij=ϵi|hij|2dijv;]]>

其中：λ_ij是節點x_i（i=1,2,3,……,）和節點x_j所構成鏈路的權重；節點x_j是鏈路相交節點；ε_i是節點x_i的剩余能量；h_ij是節點x_i和節點x_j之間的信道系數；d_ij是節點x_i和節點x_j之間的距離；v是常數，v=2-4。

一種基于圖論的能量獲取傳感器網絡節點休眠調度系統，包括：