[發明專利]一種面向自供能傳感網的分布式負載均衡方法及系統

有效

• 申請號: 201810113136.1
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108512894B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 馬愷聲;李金陽
• 申請（專利權）人: 集能芯成科技（北京）有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W84/18
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 呂學文;武媛

本發明公開了一種面向自供能傳感網的分布式負載均衡方法及系統，該方法包括傳感網中的各節點根據采集和存儲能量狀態，計算本節點在保證完成自身采集、處理和發送數據的基本任務后的多余可用能量；鏈狀局域網中的各節點將自身已知節點的狀態信息共享給相鄰的節點；各節點根據其左右節點的多余可用能量，計算向左邊n個節點分配的計算任務的最短執行時間序列，以及向右邊n個節點分配的計算任務的最短執行時間序列；通過負載均衡算法獲取任務分配結果，根據任務分配結果進行計算任務的分配。本發明解決自供能無線傳感網中由于各傳感節點的能量狀態不同而導致的分布式計算效率低的問題。

技術領域

本發明涉及物聯網運算技術領域，具體涉及一種面向自供能非易失傳感網的分布式計算負載均衡的方法及系統。

背景技術

傳統電池具有環境污染、頻繁充電、維護困難、易燃易爆等短期內無法解決的缺陷，已成為制約物聯網設備更廣泛應用的關鍵因素。能量采集技術能夠通過采集外界能量(如太陽能、射頻、震動、溫差等)，源源不斷地為設備系統提供清潔無污染的能源。因此，自供能已經成為無線傳感網重要的能量獲取方式，已被應用到諸多系統中，如區域監測、環境監測、工業設備監測、醫療健康監測等。然而，自供能存在著能量有限，變化劇烈以及難以預測的缺陷，因此，自供能無線傳感網節點需要通過計算架構、系統電路和軟件算法方面的技術來合理存儲和利用有限的采集能量，使得能量利用效率最優化。

針對能量采集環境下供能變化劇烈的問題，采用非易失處理器可以保證無線傳感網節點相對穩定地完成計算任務。現有的非易失處理器通過對內存和通用數據寄存器進行非易失化，當系統發生斷電時，內存和寄存器中的數據被快速備份到非易失存儲單元中，重新上電時非易失存儲單元中的數據又能被恢復，計算進度和中間數據得以保存，從而使得計算任務能夠不受斷電影響繼續執行，大大提升系統在采集能量不穩定環境下的計算效率。

由于斷電后傳統傳感網節點的射頻模塊中的配置狀態和數據會丟失，傳統傳感網節點在每次發送數據前需要先對射頻模塊進行初始化操作。傳統的基于軟件的射頻初始化方案需要處理器通過總線將存儲在非易失存儲器中的配置數據讀取出來，處理后再通過總線發送給射頻收發機。而非易失射頻技術通過增加非易失射頻控制器(NVRF)，以硬件控制的IO接口來實現快速高效的射頻模塊初始化操作。當供電恢復后，非易失射頻控制器可自動將存儲在控制器里非易失寄存器中的射頻配置信息和待發送數據，通過DMA的方式發送給射頻模塊，而無需節點的處理器的控制，從而可與處理器控制的其他初始化操作并行執行，提高整個系統的啟動速度。

由于自供能無線傳感網中各節點的部署位置等環境狀態不同，會導致不同節點采集到能量大小不同，各節點能耗狀態的不同也進一步加劇了它們存儲能量的差異。無線傳感網中的負載均衡技術的目的就是根據不同節點的能量情況分配不同的任務計算量，以提高整個傳感網的分布式計算的進度。

參見圖1，現有的針對傳統穩定供能的傳感網，計算負載均衡算法，通常采用自上而下的方法。根據存儲能量的多少，傳感網節點處于四種狀態：

能量不足(無法工作)；

能量較低(僅可供采集數據但不夠傳輸數據，如圖2中的9號節點)；

能量充足(可供采集和傳輸數據，如圖2中的2、4、6和7節點)；

能量富余(可供采集和傳輸數據并額外執行其他節點的計算任務，如圖2中的1、3、5、8和10節點)。

現有的自上而下多級樹負載均衡策略，如下圖3所示，該策略由于沒有考慮能量采集環境下有些節點能量不足的情況，導致能量不足的節點無法執行被分配任務，從而造成負載均衡失效，因此無法完全有效地解決節點間能量的不均衡問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向自供能非易失傳感網的分布式計算負載均衡的方法及系統，實現采集能量越多的節點執行越多的分布式計算任務，即將計算任務優先分配給能量充足的節點，解決自供能無線傳感網中由于各傳感節點的能量狀態不同而導致的分布式計算效率低的問題。