[發明專利]一種無線傳感器網絡的性能與功耗調整方法

有效

• 申請號: 201611123740.X
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106792747B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 馬東超;崔新月;張帥;馬禮
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W16/22;H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡的性能與功耗調整方法，包括：節點坐標初始化，節點根據約束條件生成潛在父子關系和其關系的鄰接矩陣，節點間發送消息建立網絡；設置合理調節因子，根據選用的無線協議和硬件設置鏈路容量上限，將流量需求、鄰接矩陣代入模型；使用凸優化方法循環求解直到得到函數最優解；得到各鏈路流量分配和目標函數最優值。本發明的模型為凸優化模型，是無線傳感器網絡的性能與功耗可調模型，該方法通過節點組網方式及流量分配進行優化，具有較低計算復雜度。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡的性能與功耗調整方法。

背景技術

在無線傳感器網絡中，由于傳感器節點通常使用電池供電，且電量十分有限，因此，延長節點和整個傳感網的工作壽命是網絡部署者關注的重要目標。圍繞延長網絡壽命的技術方向從技術特點方面可分為三大類，分別是節能、外部能量收集、無線充電。

其中，節能方法是指通過減少傳感器節點單位時間或單位工作量的能耗來延長其生命期的方法。而在網絡節點、拓撲、初始能量等諸多方面均相同的情況下，路由和流量分配對于網絡的性能和壽命影響巨大。所以，對路由和流量分配進行優化是很有效的調控無線傳感器網絡的性能和功耗的手段。

當前無線傳感器網絡的基于網絡層的拓撲部署和流量分配方面的節能研究根據技術特點區分，可分為能量空洞避免、節能路由、移動Sink等幾大類。但三者都有較明顯的局限性。能量空洞避免類僅僅以能量均衡為目標，不能兼顧網絡傳輸性能，節點逐漸死亡過程中如何優化全網壽命并未充分研究；節能路由及調度類，單純節能，無法兼顧性能，并且部分算法需要啟發式求解，近似比和復雜度較難取舍；移動Sink類僅適用于具備Sink節點可移動條件的場景，并且采集數據量突然增大時對移動速度有更高要求。

但是，考慮到傳感器網絡某些應用場景或遇到某些突發情況時，如災難救助、火山監測、森林防火等，對于網絡性能尤其是網絡可靠性有較高要求，亟需傳感網具有一定彈性，可以以較低復雜度在低功耗低性能至高功耗高性能運行狀態之間進行選擇和變換的無線傳感器網絡性能與功耗調整方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種無線傳感器網絡的性能與功耗調整方法，以解決上述問題。

本發明的實施例提供了一種無線傳感器網絡的性能與功耗調整方法，包括：

節點坐標初始化，節點根據約束條件生成潛在父子關系和其關系的鄰接矩陣，節點間發送消息建立網絡；

設置合理調節因子，根據選用的無線協議和硬件設置鏈路容量上限，將流量需求、鄰接矩陣代入模型；

使用凸優化方法循環求解直到得到函數最優解；

得到各鏈路流量分配和目標函數最優值。

進一步，該模型表示為：

s.t.

d_s≥0，表達傳感網中任何非Sink節點s向其父節點傳遞的流量與節點s所有子節點發來的流量之差為s自身進行數據采集產生的流量；

表示任何節點下面所帶的子節點無論多少級，匯聚的流量不能超過鏈路容量閾值c；

x_ji≥0，表示相鄰節點間流量非負；

表示節點至少有一個相鄰的節點作為自身的父節點；

式中，k為節點總數；x_ij表示從節點i到節點j的流量，其中i和j是任意兩個相鄰節點；c為最大收發鏈路容量；e為周期性采集頻率，單位：字節/秒；d_s為節點出流量；a，b為調節因子。