專利名稱：一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，尤其涉及一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)僅在定義的事件發(fā)生時才向基站發(fā)送報警消息，平時 僅發(fā)送網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)監(jiān)測消息，數(shù)據(jù)量較少。與傳統(tǒng)的周期性匯報或基于查詢的傳感器網(wǎng) 絡(luò)相比，事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以延長網(wǎng)絡(luò)生存期，能夠更合理地使用網(wǎng)絡(luò)資源?，F(xiàn)有的能量監(jiān)測策略有集中式能量收集算法、eScan算法、基于預(yù)測的無線傳感 器能量圖策略、建立線性或窄帶內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量分布模型等等。采用集中式能量收集算法時，單個節(jié)點(diǎn)的能量通過網(wǎng)絡(luò)向匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，在不考 慮任何能耗和干擾的情況下，可以了解網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)能量的詳細(xì)信息。eScan算法假設(shè)傳 感器節(jié)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，能與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行短距離通信，節(jié)點(diǎn)具有較精確的定位能力，能感 知剩余能量的多少，以剩余能量占初始能量的百分比表示節(jié)點(diǎn)的剩余能量水平，通過一定 的融合歸并手段對多個區(qū)域的能量消息進(jìn)行融合，向匯聚點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。它的核心思想是不抽取 每個節(jié)點(diǎn)的剩余能量指標(biāo)，而是通過數(shù)據(jù)融合的方法對網(wǎng)絡(luò)中地理位置相鄰、剩余能量近 似的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，以減少能量消耗和通信開銷。運(yùn)用馬爾可夫鏈預(yù)測相鄰節(jié)點(diǎn)剩余能量的數(shù)學(xué)模型，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn) 建立能量圖，模型中定義了 “節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移”，即傳感器節(jié)點(diǎn)工作模式的相互轉(zhuǎn)換，并以此進(jìn) 行預(yù)測。通過預(yù)測，傳感器節(jié)點(diǎn)得到相鄰節(jié)點(diǎn)的剩余能量消息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，該方法能 夠降低事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測時消息包的數(shù)量、降低能耗并延長網(wǎng)絡(luò)的使用
壽命ο本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法為在沒有事件發(fā)生的情況下，簇成員節(jié)點(diǎn) 周期性獲取自身剩余能量；當(dāng)簇成員節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的剩余能量與上一次變化較大則發(fā)送給簇 頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的剩余能量進(jìn)行融合；當(dāng)簇頭對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)融合的值與上一次 變化較大則往sink節(jié)點(diǎn)匯報；在傳輸?shù)穆窂街校艄?jié)點(diǎn)收到兩個或兩個以上簇頭的消息則 進(jìn)行融合；在事件發(fā)生的情況下，停止周期性匯報，保證事件消息的傳輸；待事件結(jié)束后立 即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)視并重新開始周期性監(jiān)測。所述整個網(wǎng)絡(luò)采用三色成簇法成簇，每個幾點(diǎn)擁有唯一的ID，在沒有事件發(fā)生時 能量監(jiān)測包括以下幾個步驟(1)簇成員周期性獲取自身剩余能量；(2)當(dāng)獲取的剩余能量與上一次相比，若差值超過一閾值則向簇頭節(jié)點(diǎn)匯報剩余
能量；
(3)簇頭節(jié)點(diǎn)對接收到的能量信息進(jìn)行融合，若與上一次融合值的差值超過一閾 值則向簇頭節(jié)點(diǎn)匯報；(4)在傳輸?shù)穆窂街?，若?jié)點(diǎn)收到兩個或兩個以上簇頭的消息則進(jìn)行融合。所述簇頭節(jié)點(diǎn)對接收到的能量信息進(jìn)行融合，用一個五元組，五元組分別為 ClusterlD、avgValue、ClusterNeighbor> AggregateCluster> ClusterHealth,五兀組描述 簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量消息，其中，ClusterID表示本地簇的id號，avgVALUE表示簇成員節(jié)點(diǎn) 的平均剩余能量，ClusterNeighbor指示該簇頭的物理鄰居，AggregateCluster指示當(dāng)前 剩余能量消息融合了哪些簇的消息，ClusterHealth指示融合后網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)下簇的健康 狀態(tài)。所述當(dāng)兩個相鄰簇的剩余能量相近則進(jìn)行融合，融合后的簇ID選取兩個簇的較 小值，能量的最小值、最大值分別取兩者較小值、較大值；簇的鄰居為兩者的并集，融合的簇 為兩者的并集，簇的健康情況為兩者的并集。所述的有事件發(fā)生時能量監(jiān)測包括以下幾個步驟(1)有事件發(fā)生時首先停止周期性的能量匯報以保證事件消息即時傳輸；(2)當(dāng)事件結(jié)束后立即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)測，同時重新開始周期性的監(jiān)測。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是降低了在事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測時消息包的數(shù) 量，有效地降低了能耗，可以延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。


圖1為本發(fā)明簇成員、簇頭的能量消息格式示意圖。圖2為本發(fā)明簇頭字段的具體格式示意圖。圖3為本發(fā)明成簇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)沒有事件發(fā)生時(1)節(jié)點(diǎn)周期性獲取自身剩余能量，剩余能量采用百分比來表示。當(dāng)獲取的剩余能 量與上次匯報時的差值大于一閾值(如5%)則向簇頭匯報；(2)簇頭節(jié)點(diǎn)對簇成員的剩余能量進(jìn)行處理，當(dāng)簇頭融合后的能量超過一定幅度時向匯聚節(jié)點(diǎn)匯報。簇成員、簇頭的能量消息格式如圖1所示，第一行為 簇成員，第二行為簇頭。其中，簇頭對簇成員發(fā)來的消息處理如下定義一個五元組(ClusterlD， avgValue, ClusterNeighbor, AggregateCluster, ClusterHealth)描述族頭節(jié)點(diǎn)的剩余 能量消息。簇頭的處理過程就是對五元組的相應(yīng)字段進(jìn)行賦值的過程。其中，ClusterlD 表示本地簇的id號，avgVALUE表示簇成員節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量，ClusterNeighbor指 示該簇頭的物理鄰居，AggregateCluster指示當(dāng)前剩余能量消息融合了哪些簇的消息， ClusterHealth指示融合后網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)下簇的健康狀態(tài)。*艮據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，設(shè)置 ClusterNeighbor> AggregateCluster 禾口 ClusterHealth 的長度，具體格式如圖2所示，圖中第一行表示ClusterNeighbor，第二行表示 AggregateCluster，第三行表示ClusterHealth，每個字段的第η位存儲id號為η的簇信息。ClusterNeighbor的每一位指示該簇是否和當(dāng)前位對應(yīng)的簇物理相鄰，如果相鄰，則該 位為1，否則為O ；AggregateCluster的每一位指示該簇是否融合當(dāng)前位對應(yīng)的簇，是則為 1，否則為O ；ClusterHealth的每一位指示該簇已融合簇的健康狀態(tài)，健康則為1，否則為O。 簇頭字段的具體格式如圖2所示；(3)若融合的值(平均剩余能量)與上次匯報時的差超過一定閾值(如5% )，則 向sink匯報；(4)如圖3所示，數(shù)據(jù)在發(fā)往sink的過程中若節(jié)點(diǎn)F收到兩個簇D、E的能量消息 后，首先根據(jù)消息的中的ClusterNeighbor字段的相應(yīng)位是否為1，若是，則說明是鄰居簇 并根據(jù)下式判斷是否符合融合條件 <formula>formula see original document page 5</formula>
若符合則根據(jù)規(guī)則融合，D、E兩簇的融合結(jié)果如下D. ClusterID = D. ClusterIDD. VALUE, min = min (D. VALUE, min, Ε. VALUE, min)D. VALUE, max = max (D. VALUE, max, E. VALUE, max)D. ClusterNeighbor = D. ClusterNeighbor U E. ClusterNeighborD. AggregateCluster = D. AggregateCluster U E. AggregateClusterD. ClusterHealth = D. ClusterHealth U E. ClusterHealth(6)融合后數(shù)據(jù)繼續(xù)往sink發(fā)送，直至數(shù)據(jù)到達(dá)sink。在有事件發(fā)生的情況下(1)有事件發(fā)生時首先停止周期性的能量匯報以保證事件消息即時傳輸；(2)當(dāng)事件結(jié)束后立即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)測，同時重新開始周期性的監(jiān)測。
權(quán)利要求
一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是方法為在沒有事件發(fā)生的情況下，簇成員節(jié)點(diǎn)周期性獲取自身剩余能量；當(dāng)簇成員節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的剩余能量與上一次變化較大則發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的剩余能量進(jìn)行融合；當(dāng)簇頭對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)融合的值與上一次變化較大則往sink節(jié)點(diǎn)匯報；在傳輸?shù)穆窂街?，若?jié)點(diǎn)收到兩個或兩個以上簇頭的消息則進(jìn)行融合；在事件發(fā)生的情況下，停止周期性匯報，保證事件消息的傳輸；待事件結(jié)束后立即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)視并重新開始周期性監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是所 述整個網(wǎng)絡(luò)采用三色成簇法成簇，每個幾點(diǎn)擁有唯一的ID，在沒有事件發(fā)生時能量監(jiān)測包 括以下幾個步驟(1)簇成員周期性獲取自身剩余能量；(2)當(dāng)獲取的剩余能量與上一次相比，若差值超過一閾值則向簇頭節(jié)點(diǎn)匯報剩余能量；(3)簇頭節(jié)點(diǎn)對接收到的能量信息進(jìn)行融合，若與上一次融合值的差值超過一閾值則 向簇頭節(jié)點(diǎn)匯報；(4)在傳輸?shù)穆窂街?，若?jié)點(diǎn)收到兩個或兩個以上簇頭的消息則進(jìn)行融合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是 所述簇頭節(jié)點(diǎn)對接收到的能量信息進(jìn)行融合，用一個五元組，五元組分別為ClusterlD、 avgValue、ClusterNeighbor、AggregateCluster> ClusterHealth,五兀組描述族頭節(jié)點(diǎn)的 剩余能量消息，其中，ClusterID表示本地簇的id號，avgVALUE表示簇成員節(jié)點(diǎn)的平均剩余 能量，ClusterNeighbor指示該簇頭的物理鄰居，AggregateCluster指示當(dāng)前剩余能量消 息融合了哪些簇的消息，ClusterHealth指示融合后網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)下簇的健康狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是所 述節(jié)點(diǎn)對兩個或兩個簇的消息進(jìn)行融合，當(dāng)兩個相鄰簇的剩余能量相近則進(jìn)行融合，融合 后的簇ID選取兩個簇的較小值，能量的最小值、最大值分別取兩者較小值、較大值；簇的鄰 居為兩者的并集，融合的簇為兩者的并集，簇的健康情況為兩者的并集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是所 述的有事件發(fā)生時能量監(jiān)測包括以下幾個步驟(1)有事件發(fā)生時首先停止周期性的能量匯報以保證事件消息即時傳輸；(2)當(dāng)事件結(jié)束后立即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)測，同時重新開始周期性的監(jiān)測。
全文摘要
一種事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測方法，其特征是方法為在沒有事件發(fā)生的情況下，簇成員節(jié)點(diǎn)周期性獲取自身剩余能量；當(dāng)簇成員節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的剩余能量與上一次變化較大則發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的剩余能量進(jìn)行融合；當(dāng)簇頭對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)融合的值與上一次變化較大則往sink節(jié)點(diǎn)匯報；在傳輸?shù)穆窂街?，若?jié)點(diǎn)收到兩個或兩個以上簇頭的消息則進(jìn)行融合；在事件發(fā)生的情況下，停止周期性匯報，保證事件消息的傳輸；待事件結(jié)束后立即對整網(wǎng)進(jìn)行一次能量監(jiān)視并重新開始周期性監(jiān)測。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是降低了在事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量監(jiān)測時消息包的數(shù)量，有效地降低了能耗，可以延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
文檔編號H04W84/18GK101827388SQ201010119819
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者劉琳嵐, 舒堅 申請人:南昌航空大學(xué)