[發明專利]一種無線傳感器網絡通信負載均衡方法

有效

• 申請號: 201811608254.6
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109640359B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 彭凱;劉強;彭麟雅;桂賓;王棟云;胡國亮
• 申請（專利權）人: 武漢烽火凱卓科技有限公司
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04L45/02;H04L45/48;H04L45/12;H04W40/02
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 廉海濤

本發明提出了一種無線傳感器網絡通信負載均衡方法，本發明通過對節點的耗電速率進行計算和分類，并通過節點充電周期進行區間劃分，從而得到不同耗電速率的節點區間，根據充電周期獲得充電任務調度表，利用調度表生成樹，從而得到充電任務路徑，根據路徑進行代價值計算，綜合代價值最小的路徑即為最優路徑，本發明充分利用每個熱點的電量，平衡了整個網絡的負載，加少了熱點節點的通信量，保證充電任務的均衡，使無線傳感網的充電更加自動化和便利，節約了成本。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡通信負載均衡方法。

背景技術

無線傳感器網絡被眾多領域所應用，例如：環境監測、醫療護理、目標追蹤以及軍事領域等。無線傳感器網絡是一種以多跳方式連接，分布式部署的傳感器組成的通信網絡。網絡中的每個傳感器節點都可以獨立地感知、收集和處理一定范圍內被監測的信息。隨著技術的發展，如今的傳感器已經可以采集諸如聲音、圖像、電磁、濕度、溫度、壓力等信息。

雖然無線傳感器網絡的應用前景廣闊，但因為傳感器耗能較高，導致目前無線傳感器網絡應用局限于在短期的科學研究和工業監測。近幾年，隨著電子技術的飛躍式發展，傳感器的成本也越來越低，能量成本已經成為了制約無線傳感器網絡普及的最大瓶頸。

網絡中電量最先耗盡的傳感器決定了無線傳感器網絡的運行時間，傳感器的電量消耗主要用于數據傳輸，節點耗盡電能的時間由傳輸通信量決定。因處于通信熱點位置，信息轉發量大而耗電快的節點，被稱為熱點節點。一般情況下，節點采集到的信息都要交由基站進行備份和處理，因此靠近基站的節點的通信量遠大于其他節點，其電量消耗速度遠大于網絡邊緣節點的耗電速率，需要頻繁地對這些熱點節點充電。針對這種情況，我們將對網絡的通信路由進行設計，希望能減少熱點節點的通信量，降低其充電周期，平衡全網的通信量，同時，希望每個節點被充電時都剩余盡可能少的電量，最大化利用電池的容量。

無線傳感器網絡好點主要來源于節點間的數據通信，熱點節點因參與的信息交換和通信過程較多，耗電相對較快。近年來，隨著技術的成熟，低成本的無人機正快速走向民用，在國民經濟的許多領域都發揮著巨大的作用。如果結合現有的無人機技術，那么只需要一個裝有定位系統并攜帶大塊電池和無線充電器的無人機，就可以周期性地沿著設定好的路線對網絡中的傳感器依次充電，并且可以忽略地形對飛行速度的影響，使充電任務更加自動化，更加便利和節約成本，從而滿足低成本長期能量供給的需求。因此，需要設計一種路由算法，生成一棵負載均衡的路由樹，平衡整個網絡的節點通信路由情況，降低熱點節點的耗電速率，減少無人機的出動充電頻率，提高充電效率。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種充電周期長、通信負載低、用電更充分的無線傳感網絡通信負載均衡方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明提供了一種無線傳感器網絡通信負載均衡方法，包括如下步驟：

S1、構造節點的初始分類，根據每個節點的耗電速率將節點進行初步分類，劃分到不同的充電服務周期區間，得到多個初始節點集合，根據初始節點集合建立初始充電任務調度表；

S2、設計路由算法，生成一顆負載均衡的路由樹；

S3、根據充電任務調度表獲取無人機充電任務的訪問節點，規劃無人機的訪問路徑。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟S1還包括如下步驟：

S11、計算各個節點的耗電速率；

S12、根據耗電速率將節點進行等級分類；

S13、計算各個節點的充電周期，根據充電周期初步劃分充電節點子集，將所有節點的充電周期升序排列；

S14、根據分類結果以及所有節點的排列導出充電任務調度表。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述S2的路由算法還包括如下步驟：