[發明專利]一種無線傳感器任務分配方法

有效

• 申請號: 201711022404.0
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107820276B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 張洪光;郭鳳;吳帆;范文浩;劉元安
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種無線傳感器任務分配方法。本發明包括：建立無線傳感器網絡任務分配模型，并根據任務間通信關系，調整初始任務分配方案；結合任務負載和通信關系以及節點處理速度、故障概率等建立多目標優化函數；根據傳感器節點數和任務完成期限設定動態多目標優化算法的約束條件；建立判斷新任務是否到達的動態環境檢測模型；利用動態多目標優化算法對任務分配方案進行更新，并實時檢測動態環境，得出每一環境變化后的Pareto最優解集；選擇Pareto最優解集中能耗最均衡的解，作為最佳的任務分配方案。本發明通過采用動態多目標任務分配方法對能耗、時間、可靠性等效用目標進行優化，得到任務完成時間最短、能耗最小、可靠性最高的綜合最優方案。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡通信領域，具體涉及一種無線傳感器任務分配方法。

背景技術

無線傳感器網絡已經廣泛應用于軍事、災難預警、區域監測、智能家居等領域，其通常由大量計算能力相對較低、能源供應有限的傳感器組成。無線傳感器一旦被部署后將處于靜止狀態，并且長期內無人工干預和管理，傳感器很容易因能量消耗過大或故障導致節點失效，不能正常工作或死亡，改變無線傳感器網絡的拓撲結構。因此，網絡的基本挑戰是在應用程序可靠運行時能達到一定的能源效率，以延長網絡的生命周期。隨著傳感器網絡的監測和數據處理越來越復雜，在要求能量有效的同時，實時性和可靠性要求也越來越高。傳感器由于計算能力低無法獨自完成較復雜的應用，需要多個傳感器協作完成，以提高系統的性能，滿足實時可靠的應用需求，延長網絡的生命周期。

WSN中的應用程序可以分解為多個具有優先級關系的任務，通過在網關上執行任務的分配算法，決策出最優的任務分配策略，使任務的總完成時間最短，能耗最小，可靠性最高。因此，研究最佳任務分配方案的方法是提高無線傳感器網絡必要舉措。

根據國家知識產權的專利搜索，檢索到與本發明專利比較相關的中國專利申請：申請號為201010033866.4,名稱為“基于協商的無線傳感器網絡任務分配方法”。該技術通過招標節點與投標節點協商最終決定任務的分配方法，招投標的過程會造成不必要的能量消耗和時間消耗，不能滿足任務完成的實時性。

目前有很多任務分配方案都是只優化任務完成的某一個目標，優化時間或是優化能耗，很少有同時優化多個目標的任務分配方法。根據國家知識產權的專利搜索，檢索到與多目標任務分配方法相關的中國專利申請：申請號為201510497824.9,名稱為“一種基于多目標優化的多機器人任務分配方法”。但是該專利采用加權求和的方式對多個目標進行建模，轉化為了單目標的優化模型，在算法尋優時可能會根據加權值削弱某一目標的尋優能力，導致最終的優化方案并不是最佳任務分配方案。

無線傳感器網絡中的節點雖然是靜態部署，但是當新的任務到達時，當前的任務分配方案可能不再適用。現有的任務分配算法大多是考慮一次任務分配，忽略了任務的持續到達，并且在智能優化算法的尋優過程中，若環境發生變化，算法不能及時跳轉到當前環境狀態尋優，導致最后優化的算法無法滿足實際的應用環境。

發明內容

本發明的內容是針對現有任務分配方法中存在的缺陷和不足，提供了一種無線傳感器任務分配方法，應用動態多目標優化算法能夠有效的優化任務完成的多個目標，使任務完成的時間最短，能耗最低，可靠性最高，提高無線傳感器網絡中任務完成的綜合性能，并且能夠實時檢測當前環境變化，及時做出動態改變。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

步驟S101，初始化任務分配方案，將任務隨機映射到無線傳感器節點上，根據DAG圖之間的任務通信關系，調整初始的任務分配方案，將有多個后繼任務的當前任務插入路由廣播任務，并選擇距離最近的節點作為路由廣播節點，將剩余能量值小于某一設定的閾值e_th的節點標記，將不再分配任務；

步驟S102，結合任務的負載和通信關系以及節點處理速度、故障概率建立動態多目標優化的效用函數，得到任務分配的多目標優化模型；