[發(fā)明專利]基于元胞自動(dòng)機(jī)的工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410320229.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN104080154B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于秦;姜微
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W52/00
• 分類號(hào): H04W52/00;H04W84/18
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

1.一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠方法，具體包括步驟：

步驟1.隨機(jī)撒布工業(yè)傳感器節(jié)點(diǎn)：設(shè)待檢測(cè)感知的工業(yè)區(qū)域D的規(guī)模為L(zhǎng)×L，其中任意撒布n個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)集合表示為S＝{S₁,S₂，…,S_i,…,S_n}，其中S_i表示第i個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)節(jié)點(diǎn)S_i所對(duì)應(yīng)的空間位置向量為l_i，空間位置向量的集合表示為l＝{l₁,l₂，…,l_n}，每個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)都具有通信交流、檢測(cè)感知的能力，節(jié)點(diǎn)的最大通信距離為R_c，最大檢測(cè)距離為R_s；

步驟2.采用泰森多邊形法確定不規(guī)則元胞空間以及節(jié)點(diǎn)鄰居集：節(jié)點(diǎn)S_i所對(duì)應(yīng)的不規(guī)則元胞空間C_i的確定方法為：分別連接節(jié)點(diǎn)S_i與其周圍節(jié)點(diǎn)S_j，并作每一條線段的垂直平分線，垂直平分線相交形成的包含S_i在內(nèi)的多邊形區(qū)域即為節(jié)點(diǎn)S_i所對(duì)應(yīng)的不規(guī)則元胞空間C_i，與多邊形元胞空間C_i毗鄰的通信范圍之內(nèi)的多邊形C_j所包含的節(jié)點(diǎn)S_j即為S_i的鄰居節(jié)點(diǎn)，在不規(guī)則元胞自動(dòng)機(jī)模型中，每個(gè)元胞的鄰居個(gè)數(shù)都不相同，因此可確定節(jié)點(diǎn)S_i的鄰居節(jié)點(diǎn)集N_i，定義為：N_i＝{S_j|C_j connect C_i,j＝1,2,…,n}；

步驟3.定義節(jié)點(diǎn)狀態(tài)集合，初始化節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：傳感器節(jié)點(diǎn)采用S-MAC協(xié)議，節(jié)點(diǎn)周期地按照狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則選擇活躍或休眠狀態(tài)；休眠狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量；工作狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)檢測(cè)周圍環(huán)境并進(jìn)行相應(yīng)處理；

定義包含n個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的集合Q為：Q＝{Q_i|Q_i∈{0,1},i＝1,2,…,n}，其中，Q_i表示節(jié)點(diǎn)S_i的狀態(tài)，0和1分別表示該節(jié)點(diǎn)處于休眠和工作狀態(tài)；初始化節(jié)點(diǎn)狀態(tài)以一定的概率取0或1；

步驟4.通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新：

在節(jié)點(diǎn)檢測(cè)范圍內(nèi)，工業(yè)噪聲對(duì)節(jié)點(diǎn)S_i的影響服從指數(shù)分布，參數(shù)值為：

Noise_i＝a·e^b·dis_i，其中，dis_i是節(jié)點(diǎn)S_i與探測(cè)目標(biāo)的距離，且dis_i≤R_s；當(dāng)dis_i＞R_s時(shí)，即探測(cè)目標(biāo)不在節(jié)點(diǎn)S_i的檢測(cè)范圍內(nèi)，此時(shí)工業(yè)噪聲的影響為無(wú)窮大；a,b為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)值；

對(duì)工業(yè)噪聲因素進(jìn)行歸一化處理，歸一化的工業(yè)噪聲為：其中，Noise_max為工業(yè)噪聲最大干擾參數(shù)值；

設(shè)節(jié)點(diǎn)S_i的剩余能量為E_i，本節(jié)點(diǎn)及鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量為E_{i_av}，計(jì)算公式為： 其中，E_j表示在節(jié)點(diǎn)S_i的鄰居集合內(nèi)的節(jié)點(diǎn)S_j的剩余能量，|N_i|為節(jié)點(diǎn)S_i的鄰居集合N_i中元素的個(gè)數(shù)；

節(jié)點(diǎn)S_i的剩余能量等級(jí)參數(shù)值為傳感節(jié)點(diǎn)在t+1時(shí)刻的工作/休眠狀態(tài)由工業(yè)噪聲的影響和該節(jié)點(diǎn)及其鄰居節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻的剩余能量共同決定；

傳感器節(jié)點(diǎn)S_i在時(shí)刻t的活躍權(quán)值W_i(t)的計(jì)算式為：其中，E_i(t),E_{i_av}(t)分別表示節(jié)點(diǎn)S_i在t時(shí)刻的剩余能量值和鄰居節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量值；No_i(t)表示節(jié)點(diǎn)S_i在t時(shí)刻受到的工業(yè)噪聲影響歸一化參數(shù)值；k₁,k₂分別為剩余能量等級(jí)參數(shù)值和工業(yè)噪聲影響參數(shù)值的權(quán)重，設(shè)定一動(dòng)態(tài)活躍閾值W_th(t)；

每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志位Sleepflag，同時(shí)以計(jì)數(shù)器SleepTimer來(lái)記錄節(jié)點(diǎn)休眠的時(shí)間，狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則f具體為：如果節(jié)點(diǎn)S_i在t時(shí)刻的狀態(tài)為“1”，判斷該節(jié)點(diǎn)的活躍權(quán)值是否大于活躍閾值，若是，則該節(jié)點(diǎn)在t+1時(shí)刻的狀態(tài)保持為“1”，否則，節(jié)點(diǎn)在t+1時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“0”，同時(shí)將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志位Sleepflag置為1，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器SleepTimer，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿，則將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志位Sleepflag重新置為0；如果節(jié)點(diǎn)S_i在t時(shí)刻的狀態(tài)為“0”，則對(duì)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志位Sleepflag進(jìn)行判斷，若為1，則繼續(xù)休眠，若為0，則該節(jié)點(diǎn)在t+1時(shí)刻的狀態(tài)更新為“1”；

各節(jié)點(diǎn)按照狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則f周期性地進(jìn)行狀態(tài)更新。