[發明專利]無線傳感器網絡的能量均衡方法

在審

• 申請號: 202011246544.8
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN112423361A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 應蓓華;葉建波;韓梅;鄭仰程
• 申請（專利權）人: 浙江工商職業技術學院
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 吳輝輝

本發明提出一種無線傳感器網絡的能量均衡方法，同時考慮能耗的節省和均衡，從而延長網絡壽命，本地節點的編號記為i，則相對于本地節點，前節點的編號記為i?1，后節點的編號記為i+1，i為大于或等于1的自然數，距離匯聚節點最近的節點即編號為i=1的節點，對于除編號為i=1的節點之外的其它節點，上一次通信若有的話，則下一次通信基于上一次通信的能耗情況來調整自身的算法等級，即：若當前輪次的通信的前節點能耗大于本地節點能耗，則將本地節點的算法等級提高一級以供下一次通信執行，直到調至最高等級的算法，反之則將節點的算法等級降低一級以供下一次通信執行，直到最低等級，即不執行壓縮。

技術領域

本發明涉及物聯網技術領域，具體講是一種無線傳感器網絡的能量均衡方法。

背景技術

物聯網（Internet of Things，IoT）被稱為是繼計算機、互聯網之后，全球信息產業發展的第三次浪潮，其概念是由無線傳感器網絡發展而來的。因此，無線傳感器網絡被認為是整個物聯網發展的產業核心。

作為無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）的基本組成，傳感器節點被部署在監測區域內，以無線通信的方式，將采集到的數據自組織地路由到匯聚節點。通過以太網或衛星，數據被傳送到管理節點并予以保存。用戶端可經由管理節點對全網進行配置和管理，發布監測任務。該運作體系構成了無線傳感器網絡的基本形態。

WSN具有廣闊的應用前景，包括軍事國防、環境監測、醫療護理、交通管理、智能樓宇、精細農業等在內的多個領域都能充分體現出網絡的實用價值。由此，WSN的相關研究成為國內外各大高校及研究機構的熱門方向。從已有的研究成果看，不論是硬件結構的改進還是軟件協議的設計，研究工作都將網絡節點的低能耗視為最主要的技術方向，其最終目標是盡可能地延長網絡的運行時間。網絡壽命不僅關系到WSN的實用價值和應用成本，同時也是其實現可隱藏、可植入的關鍵。

事實上，出于成本、體積等方面的考量，傳感器節點通常采用電池供電，大規模、高密度的部署或是應用環境的特殊都會增加更換電池的難度。因此，高效使用能量、最大程度地延長網絡生存時間（通常以年計）成為WSN的首要設計目標。

在WSN的協議設計中，包括數據壓縮、數據融合在內的網內數據處理技術是其中較為重要的研究分支。由于WSN面向海量數據，且原始數據間存在時空域冗余，因此，對這些冗余進行網內處理，在保留應用所需信息量的前提下，將需要傳輸的數據量最小化，對于WSN而言，不僅能夠起到降低網絡通信能耗的作用，還可以有效地提高數據傳輸速率和帶寬利用率，解決網絡擁塞問題。此外，在WSN的實際應用中，除了需要注重網絡節點的低能耗設計外，影響網絡壽命的另一個重要因素同樣不能被忽視，那就是網絡各同構節點間存在的能量損耗不均衡的問題。

由于節點的通信能力有限，通常情況下，網絡采用多跳路由實現數據傳送。這就意味著臨近匯聚節點（Sink）的傳感器節點需要承擔更多的數據傳送任務，包括自身采集的監測數據以及需要中繼的其他數據。因此，對于整個網絡而言，此類節點（近節點）成為影響網絡生存時間的瓶頸。近節點的失效將直接導致網絡的癱瘓，離Sink節點較遠的傳感器節點（遠節點）無法將監測數據傳送至網絡遠端，整個網絡亦無法完成既定的應用任務。