[發明專利]一種能量獲取型無線傳感網絡最大化監測頻率方法

有效

• 申請號: 201710858399.0
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107509231B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 包學才;鄧承志;李院民;劉有珠;劉祖涵;樊棠懷;汪勝前
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: H04W40/08
• 分類號: H04W40/08;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 胡里程

1.一種能量獲取型無線傳感網絡最大化監測頻率方法，其步驟：

(1)構建能量獲取型無線傳感監測網絡模型，假定能量獲取型無線傳感監測網絡拓撲為G(V,E),該網絡拓撲G(V,E)含有以下節點類型：虛擬源節點Sr，被監測目標節點z_i,i＝1,2,3…,m，監測節點s_i,i＝1,2,3…,n，接收節點Sink；首先用虛擬源節點連接所有被監測目標節點z_i,i＝1,2,3…,m，再根據監測節點s_i的監測及傳輸范圍，建立被監測目標節點與監測節點，以及監測節點之間的連接關系，從而建立能量獲取型無線傳感監測網絡拓撲G(V,E)；以下所述被監測目標節點z_i，z_j，其標識符號z的下標i,j取值范圍為1,2,3,...,m；以下所述監測節點s_i，s_j，其標識符號s的下標i,j取值范圍為1,2,3,...,n；對于同類型節點的下標i,j是表示不同的節點，即i≠j；

假定SE(s_i)表示監測節點s_i的獲取能量值，EZ_j(s_i)表示監測節點s_i監測一次被監測目標節點z_j所需的能量值，ER_j(s_i)表示監測節點s_i接收一次被監測目標節點z_j的監測信息所需的能量值，EF(s_i)表示監測節點s_i轉發一次監測信息所需的能量值，w(Sr,z_i)表示虛擬源節點(Sr)與被監測目標節點z_i之間的鏈路權重，w(z_i,s_i)表示被監測目標節點z_i與監測節點s_i之間的鏈路權重，w(s_i,s_j)表示監測節點s_i與監測節點s_j之間的鏈路權重；FM(z_i)表示監測被監測目標節點z_i的頻率值，并初始化監測每個被監測目標節點z_i的頻率為0，即FM(z_i)＝0，i＝1,2,3…,m；

(2)建立監測節點間鏈路權重，w(Sr,z_i)、w(z_i,s_i)以及w(s_i,s_j)的鏈路權重具體計算公式如下：w(Sr,z_i)＝w(z_i,s_i)＝EZ_j(s_i),w(s_i,s_j)＝min(SE(s_i),SE(s_j))，即鏈路權重w(Sr,z_i)和w(z_i,s_i)的值等于監測一次目標所需的能量值EZ_j(s_i)，鏈路權重w(s_i,s_j)取監測節點s_i獲取的能量SE(s_i)和監測節點s_j獲取的能量SE(s_j)兩者的最小值，其中監測節點s_i獲取的能量SE(s_i)，i＝1,2,…,n均根據節點所在區域的歷史太陽能數據，采用指數加權移動平均方法預測得到；

(3)監測網絡拓撲分解，采用節點分裂操作進行拓撲分解，建立分解后的監測網絡G_d(V’,E’)；具體分解如下：對于監測網絡一條鏈路(s_i,s_j)，監測節點s_i用兩個節點s'_i和s”_i以及監測節點s_j用兩個節點s'_j和s”_j，鏈路(s_i,s_j)分裂操作后的鏈路包括為(s'_i,s”_i),(s”_i,s'_i),(s'_j,s”_j),(s”_j,s'_j),(s'_i,s”_j),(s”_j,s'_i),(s'_j,s”_i),(s”_i,s'_j)；相應的鏈路權重為w(s'_i,s”_i)＝w(s”_i, s'_i)＝SE(s_i)；w(s'_j,s”_j)＝w(s”_j,s'_j)＝SE(s_j)；w(s'_i,s”_j)＝w(s”_j,s'_i)＝0,w(s'_j,s”_i)＝w(s”_i,s'_j)＝min(SE(s_i),SE(s_j))；

(4)計算虛擬源節點Sr到接收節點Sink的最大能量流路徑，如果不存在最大能量流路徑，則轉到第7步，否則根據分解后的監測網絡，計算虛擬源節點Sr到接收節點Sink的最大能量流路徑,然后依次對各路徑進行反向操作，路徑上每個節點的能量值及鏈路權重值減去監測一次所需相應能量值，具體操作如下：

對于最大能量流路徑上的所有鏈路，假定p_i,p_j分別為鏈路兩端節點，如果鏈路(p_i,p_j)兩節點p_i和p_j符合以下節點類型要求,即(p_i＝z_i)且(p_j＝s”_j或p_j＝s'_j)，則節點的能量值及鏈路權重值更新如下：

SE(p_j)＝SE(p_j)-(EZ_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-EZ_i(p_j)

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+EZ_i(p_j)

如果鏈路(p_i,p_j)兩節點p_i和p_j符合類型要求為(p_i＝s”_i或p_i＝s'_i)且(p_j＝s”_j或p_j＝s'_j)，則節點的能量值及鏈路權重值更新如下：

SE(p_j)＝SE(p_j)-(ER_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-(ER_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+(ER_i(p_j)+EF(p_j))

如果鏈路(p_i,p_j)兩節點p_i和p_j符合類型要求為p_i＝Sr且p_j＝z_j，則節點的能量值及鏈路權重值更新如下：

E(p_j)＝SE(p_j)-(EZ_i(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-EZ_i(p_j)

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+EZ_i(p_j)

(5)更新監測頻率FM(z_i)＝FM(z_i)+1，i＝1,2,3…,m；

(6)更新監測網絡鏈路權重，對于在分解監測網絡G_d(V’,E’)中的每一條鏈路(q_i,q_j)，如果兩節點p_i和p_j符合類型要求為((q_i＝Sr)且(q_j＝z_j))或((q_i＝z_i)且(q_j＝s”_j或q_j＝s'_j)),則鏈路權重值更新為w(q_i,q_j)＝EZ_j(s_i)，否則鏈路權重值更新為w(q_i,q_j)＝min{SE(q_i),SE(q_j)}，更新結束后，返回第4步；

(7)輸出被監測目標節點的監測頻率FM(z_i)，i＝1,2,3…,m。