[發(fā)明專利]一種針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式分簇和休眠調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310652895.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104703257B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝潔;張寶賢;巖延
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W52/02
• 分類號(hào): H04W52/02;H04W84/18
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，一種針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式分簇和休眠調(diào)度方法。本發(fā)明的目的是針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的應(yīng)用，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的分簇結(jié)構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的休眠機(jī)制，達(dá)到較低的端到端投遞延遲。主要包括：分簇結(jié)構(gòu)的劃分，節(jié)點(diǎn)的休眠調(diào)度等。本發(fā)明要解決的是網(wǎng)絡(luò)休眠調(diào)度引起的端到端投遞延遲大幅增加的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了低延遲低能耗的休眠調(diào)度機(jī)制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向目標(biāo)檢測(cè)的休眠調(diào)度方法。該方法主要用于優(yōu)化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于目標(biāo)檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸兩項(xiàng)任務(wù)的休眠調(diào)度，以達(dá)到改善端到端分組投遞延遲特性的目的。

背景技術(shù)

近年來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從得到理論和工業(yè)界的廣泛關(guān)注以來(lái)得到了迅猛的發(fā)展，各種關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)也備受重視。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)和匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink node)組成。傳感節(jié)點(diǎn)需要周期性的采樣環(huán)境信息或檢測(cè)目標(biāo)事件，若檢測(cè)到目標(biāo)事件發(fā)生，則需要快速的向Sink匯報(bào)。

無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常自身能量有限，同時(shí)受到節(jié)點(diǎn)工作環(huán)境的限制，很難更換電池或充電，因此節(jié)能問(wèn)題在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)中處于重要地位。休眠技術(shù)可以大大節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗、延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命。原因如下：節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)包括發(fā)射(transmit)、接收(receive)、空閑(idle)、睡眠(sleep)四種狀態(tài)。大量已有無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備參數(shù)顯示，前三種狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)能耗顯著高于睡眠狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)能耗。因此，如何有效鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并保持良好的網(wǎng)絡(luò)性能是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要方向之一。由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)不僅數(shù)據(jù)的產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)，也承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)的路由轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的休眠調(diào)度，可能會(huì)較大影響端到端分組投遞延遲。在休眠機(jī)制中，同步休眠機(jī)制較易實(shí)現(xiàn)。SMAC，TMAC通過(guò)劃分虛擬簇，在鄰居節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行同步。同一個(gè)虛擬簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)醒來(lái)，工作一段時(shí)間后再同時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)。同步休眠機(jī)制簡(jiǎn)單易行，且適用多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，但節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的延時(shí)可能會(huì)大幅度的增加。

傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為簇結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)且有效的網(wǎng)絡(luò)管理以及路由方法。分簇路由在數(shù)據(jù)匯報(bào)與融合、能量節(jié)省、網(wǎng)絡(luò)管理、提高吞吐量等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這主要是因?yàn)榉执亟Y(jié)構(gòu)可以使得更多的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)并保持網(wǎng)絡(luò)連通、降低節(jié)點(diǎn)能耗和信道接入競(jìng)爭(zhēng)、易于實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)融合。分簇網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常包括簇頭節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。有些分簇方案中還包括簇間網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收本簇內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)采集的信息，并通過(guò)其他簇頭形成的路徑傳遞到目的節(jié)點(diǎn)(Sink節(jié)點(diǎn))。普通節(jié)點(diǎn)只需要與自己的簇頭進(jìn)行通信，且不需要進(jìn)行分組中繼，因而可以在沒(méi)有承擔(dān)任務(wù)時(shí)休眠，以節(jié)省能量。由于簇頭承擔(dān)任務(wù)較多，耗能較大，因此簇頭和普通節(jié)點(diǎn)之間需要輪換。在某些分簇協(xié)議中，相鄰簇之間通信還可能通過(guò)簇間網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

由于缺乏針對(duì)性的設(shè)計(jì)，同步休眠會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)匯報(bào)的延時(shí)造成很大影響。本專利面向基于休眠機(jī)制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如何實(shí)現(xiàn)高效的基于分簇的休眠機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有同步休眠機(jī)制下數(shù)據(jù)匯報(bào)存在較大傳輸延遲的問(wèn)題，保持較低能量消耗的同時(shí)，達(dá)到較低的傳輸延遲。

本發(fā)明中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)組成，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集和傳輸，Sink節(jié)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)匯集并上傳給遠(yuǎn)程控制端(如通過(guò)Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)等方式)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和控制。

本發(fā)明假設(shè)：

●時(shí)間采用幀結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)需要同步幀結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其距離Sink節(jié)點(diǎn)的距離決定自己在每個(gè)幀中的工作相位；

●網(wǎng)絡(luò)劃分為簇狀結(jié)構(gòu)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)間建立梯度，通過(guò)最短路徑傳輸數(shù)據(jù)到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)。