一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法及節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法及節(jié)點(diǎn)，該方法在不改變無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連通性的條件下通過降低某些節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整各節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，所述方法包含：步驟101）每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻其自身的覆蓋范圍和該節(jié)點(diǎn)的各鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍在保證連通性的原則下降低各節(jié)點(diǎn)自身的發(fā)射功率；步驟102）每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過查找自身的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，在保證連通性的原則下判斷能否降低反向鄰居節(jié)點(diǎn)中擁有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率pi(t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)，而位于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為節(jié)點(diǎn)Ni的反向鄰居節(jié)點(diǎn)。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法及節(jié)點(diǎn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)和傳感【技術(shù)領(lǐng)域】的能源供給與耗能優(yōu)化問題，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法及節(jié)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由感知環(huán)境和被監(jiān)測(cè)對(duì)象的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過節(jié)點(diǎn)提供的無線通信能力以自組織方式進(jìn)行組網(wǎng)，以單跳或多跳將感知的信息傳送到目的地的一種網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施，大量具有數(shù)據(jù)感知能力、計(jì)算能力、通信能力的微型無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以嵌入到普通計(jì)算環(huán)境中，與現(xiàn)有的無線、有線的網(wǎng)絡(luò)無縫互聯(lián)，形成相互通信、信息共享的一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健、空間探索等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)(Sink節(jié)點(diǎn)、基站、接入點(diǎn))、外部網(wǎng)絡(luò)(衛(wèi)星通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、UAV等)、遠(yuǎn)程任務(wù)管理和用戶組成。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，采集被測(cè)對(duì)象的相關(guān)信息，并通過“多跳”的方式把這些信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)(如Sink節(jié)點(diǎn))，網(wǎng)關(guān)將與現(xiàn)有的外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，最終將數(shù)據(jù)傳給終端的用戶。如圖1所示是典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0003]傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的特殊性以及無線通信易受干擾，使得傳感器節(jié)點(diǎn)失效的可能性遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，在能源供給、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力、通信帶寬和可靠性等問題上存在一定的挑戰(zhàn)，因此，必須通過拓?fù)淇刂坪透鲗訁f(xié)議，保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別節(jié)點(diǎn)的失效而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能有效工作。具體問題包括:
[0004]I)節(jié)點(diǎn)能量受限:為了使網(wǎng)絡(luò)更具靈活性，方便節(jié)點(diǎn)的部署，節(jié)點(diǎn)通常為獨(dú)立的工作單位，要求有獨(dú)立的能量供應(yīng)，目前節(jié)點(diǎn)主要采用電池供電的方式，這導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量要求有獨(dú)立的能量供應(yīng)。
[0005]2)自組織網(wǎng)絡(luò):無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系也不能預(yù)先知道。傳感器節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)放置后，需要自動(dòng)配置和管理，通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)形成轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0006]3)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作過程中，部分傳感器節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡或環(huán)境因素造成失效，或?yàn)榱藦浹a(bǔ)失效節(jié)點(diǎn)，增加監(jiān)測(cè)精度，需要補(bǔ)充一些傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)的增加或減少，從而使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨之動(dòng)態(tài)變化。
[0007]因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)模大、自組織、隨機(jī)部署、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力和能源供應(yīng)受限，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?jīng)常發(fā)生變化的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使拓?fù)淇刂瞥蔀樘魬?zhàn)性研究課題。拓?fù)淇刂茖?duì)于延長網(wǎng)絡(luò)的生命期、降低通信干擾、提高M(jìn)AC (Media AccessControl)層協(xié)議和路由協(xié)議的效率等具有重要意義，不僅是其它協(xié)議運(yùn)行和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，還是保證網(wǎng)絡(luò)連通性、提高網(wǎng)絡(luò)能量耗效率和延長網(wǎng)絡(luò)生命期的關(guān)鍵技術(shù)。
[0008]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂频难芯恐饕繕?biāo)是形成一個(gè)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保證一定的網(wǎng)絡(luò)連通質(zhì)量和覆蓋的前提下，兼顧通信干擾、網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲、負(fù)載均衡、簡單性、可靠性、可擴(kuò)展性等其它性能，延長網(wǎng)絡(luò)的生命期。
[0009]分析近年來拓?fù)淇刂祁I(lǐng)域的代表性算法，可以歸納為3種類別:即節(jié)點(diǎn)功率控制、層次型拓?fù)淇刂萍熬W(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)協(xié)同啟發(fā)機(jī)制。其中節(jié)點(diǎn)功率控制是調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，目的是在保證全網(wǎng)連通性的情況下，均衡節(jié)點(diǎn)的單跳可達(dá)鄰居數(shù)目；層次型拓?fù)淇刂剖抢梅执貦C(jī)制，選擇網(wǎng)絡(luò)中一些節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，由簇頭節(jié)點(diǎn)形成處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的骨干網(wǎng)絡(luò)，其余非骨干節(jié)點(diǎn)由骨干節(jié)點(diǎn)集中管理，可以處于休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)協(xié)同啟發(fā)機(jī)制是節(jié)點(diǎn)按照周邊通訊環(huán)境的變化，進(jìn)行自主控制，從而與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的機(jī)制。
[0010]目前拓?fù)淇刂祁I(lǐng)域存在一些技術(shù)局限。首先是用于建模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模型過于理想化，為了得到更加符合實(shí)際的量化結(jié)果，需要使用更加真實(shí)的模型；其次，節(jié)點(diǎn)的分布假設(shè)過于理想化，當(dāng)前的研究都假定節(jié)點(diǎn)是均勻分布的。最后，無線傳感器的區(qū)域假設(shè)過于理想化。一般假設(shè)無線傳感器區(qū)域是二維平面，沒有考慮地形位置的因素。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)主要側(cè)重于節(jié)點(diǎn)功率控制問題，功率控制是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，希臘佩特雷大學(xué)的Kiixnisis等人將其簡化為發(fā)射范圍分配問題，簡稱RA(RangeAssignment)問題,并詳細(xì)討論了該問題的計(jì)算復(fù)雜性，結(jié)果表明，在一維情況下，RA問題的時(shí)間復(fù)雜度為0(n4)，然而在二維和三維的情況下，發(fā)射范圍分配問題RA問題是一個(gè)很難解決的問題，實(shí)際的功率控制問題比發(fā)射范圍分配問題RA問題更為復(fù)雜。這個(gè)結(jié)論告訴我們，在設(shè)計(jì)基于功率控制的拓?fù)淇刂扑惴〞r(shí)，試圖尋找最優(yōu)解是不現(xiàn)實(shí)的，應(yīng)接合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用場景和技術(shù)進(jìn)展，尋找符合拓?fù)淇刂颇繕?biāo)的實(shí)用解。
[0012]目前基于節(jié)點(diǎn)功率的拓?fù)淇刂疲瑢W(xué)術(shù)界已取得一些成果，其基本思想都是通過降低節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，降低節(jié)點(diǎn)的能耗以達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命期的目的。目前基于該思想的拓?fù)淇刂扑惴ò?與路由協(xié)議結(jié)合的功率控制拓?fù)淇刂扑惴–0MP0W，基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制拓?fù)淇刂扑惴ㄈ?LMA(Local Mean Algorithm)和 LMN(LocalMean ofNeighborsAlgorithm)算法，基于方向的功率控制算法CBTC算法，以及基于鄰近圖的功率控制拓?fù)淇刂扑惴?如DRNG和DLMST算法等，下面分別對(duì)這些經(jīng)典的算法進(jìn)行分析和總結(jié)。
[0013]I) COMPOff拓?fù)淇刂扑惴?br> [0014]COMPOff算法是伊利諾斯大學(xué)的Narayanaswamy等人提出的將功率控制與路由協(xié)議相結(jié)合的一種解決方案。所有傳感器節(jié)點(diǎn)使用相同發(fā)射功率工作，在保證網(wǎng)絡(luò)連通的前提下，將發(fā)射功率最小化。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布較均勻的情況，COMPOff算法具有較好的性能，在保證最大功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同時(shí)，將傳輸功率降到最低，從而減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信開銷。在該算法中，網(wǎng)絡(luò)中即使只有一個(gè)相對(duì)孤立的節(jié)點(diǎn)，也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)使用很大的發(fā)射功率進(jìn)行工作，因此C0MP0W算法的節(jié)能效果比較差，但是對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，節(jié)點(diǎn)能量分布不均是實(shí)際應(yīng)用中的普遍現(xiàn)象，COMPOff算法便只存在理論上的價(jià)值，不能直接用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0015]對(duì)于C0MP0W明顯的缺陷，Kawadia和Kuma等人進(jìn)行了改進(jìn)，提出CLUSTERP0W算法，以適合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中具有節(jié)點(diǎn)不均勻分布的情況。該算法根據(jù)不同的傳輸功率級(jí)進(jìn)行隱式分簇，各簇內(nèi)并不存在簇首節(jié)點(diǎn)，每條通訊鏈路由形成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各種簇結(jié)構(gòu)的不同功率層組成。分簇的級(jí)是由功率的級(jí)數(shù)來決定，每個(gè)節(jié)點(diǎn)為多個(gè)功率等級(jí)維護(hù)一個(gè)列表，因此，該算法開銷太大，節(jié)點(diǎn)能耗過重，也不能真正達(dá)到通過減少節(jié)點(diǎn)的能耗來延長網(wǎng)絡(luò)生命期的目標(biāo)。
[0016]2)基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制算法
[0017]局部平均算法LMA和鄰居的局部平均算法LMN是由德國柏林工業(yè)大學(xué)的Kubisch等人提出。這類算法的基本思想是設(shè)定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度的上限和下限值，每個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地調(diào)整自已的發(fā)射功率，使得節(jié)點(diǎn)的度數(shù)處于設(shè)定的上限值和下限值之間，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提升信道復(fù)用率，降低競爭強(qiáng)度。該算法只是通過節(jié)點(diǎn)的度來進(jìn)行拓?fù)淇刂疲瑢?shí)驗(yàn)仿真表明，它很難保證隨機(jī)部署的網(wǎng)絡(luò)連通性，因此在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，很容易造成網(wǎng)絡(luò)分割，直接影響到網(wǎng)絡(luò)的生命期。
[0018]3)基于方向的功率控制算法
[0019]基于方向的功率控制算法代表是CBTC算法，是由微軟亞洲研究院的Wattenhofer和康奈爾大學(xué)的Li等人提出。算法可以較好地保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。其基本思想是網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)u選擇最小發(fā)射功率，使得在任何以節(jié)點(diǎn)u為中心的角度為P的錐形區(qū)域內(nèi)至少
有一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)。該算法理論上可以保證當(dāng)P < 時(shí)網(wǎng)絡(luò)的連通性。但該算法需要可靠的
方向信息，節(jié)點(diǎn)為了提供可靠的方向信息，需要配備多個(gè)有向天線，從而增加傳感器節(jié)點(diǎn)的成本和能耗。
[0020]4)基于鄰近圖(RNG)的功率控制算法
[0021]伊利諾斯大學(xué)的Li和Hou提出基于鄰近圖理論的功率控制算法，基本思想是設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)在最大發(fā)射功率工作時(shí)形成的拓?fù)鋱D是G (V，E)，按照一定的鄰居判別條件求出該圖的鄰近圖G’(V’，E’)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)以自己所鄰接的最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)來確定發(fā)射功率。鄰近圖經(jīng)典的模型包括:有向鄰近圖DRNG (Directed Relative NeighborhoodGraph)、有向局部最小生成樹DLMST (Directed Local Minimum Spanning Tree)算法和有向局部生成子圖DLSS (Directed Local Spanning Subgraph)。從基于鄰近圖的功率拓?fù)淇刂扑惴ǖ乃枷肟梢灾溃鼈兌寄鼙ＷC網(wǎng)絡(luò)的連通性，同時(shí)在平均功率和節(jié)點(diǎn)度等方面具有較好的性能?；卩徑鼒D的功率控制一般需要精確的地理位置信息，可以通過在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成GPS提供較準(zhǔn)確的地理位置信息，但這無疑增加了節(jié)點(diǎn)的能耗和成本。
[0022]綜上所述，當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴?，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議、路由算法的能量優(yōu)化等都致力于網(wǎng)絡(luò)的能量優(yōu)化，以獲得最大的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，但前提都是假定在有限的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、無線通信能力和有限的電源供應(yīng)能力的前提下，信號(hào)之間存在相互干擾，不斷地衰減，能量的不可補(bǔ)充性直接影響節(jié)點(diǎn)的生命周期。如何結(jié)合能耗模型的研究，通過引入可持續(xù)能量收集獲取技術(shù)分析生存時(shí)間，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是當(dāng)今無線傳感器領(lǐng)域亟需解決的一個(gè)重要研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的目的在于，為了克服上述問題，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法及節(jié)點(diǎn)。
[0024]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法，該方法在不改變無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連通性的條件下通過降低某些節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整各節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，所述方法包含:
[0025]步驟101)每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻其自身的覆蓋范圍和該節(jié)點(diǎn)的各鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍在保證連通性的原則下降低各節(jié)點(diǎn)自身的發(fā)射功率；
[0026]步驟102)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過查找自身的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，在保證連通性的原則下判斷能否降低反向鄰居節(jié)點(diǎn)中擁有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；
[0027]其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率Pi(t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)，而位于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為節(jié)點(diǎn)Ni的反向鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0028]上述步驟101)進(jìn)一步包含:
[0029]步驟101-1)獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率，且該發(fā)射功率為覆蓋距離節(jié)點(diǎn)N3最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)NI所需的發(fā)射功率；
[0030]步驟101-2)獲取所述節(jié)點(diǎn)N3的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，并判斷其所有鄰居節(jié)點(diǎn)中是否有能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn):
[0031]如果有則將所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率降低至能夠到達(dá)其次遠(yuǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)所需的功率，同時(shí)將能夠覆蓋所述節(jié)點(diǎn)NI的N3的鄰居節(jié)點(diǎn)選定為節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn)，并從所述節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)中刪除節(jié)點(diǎn)NI ；
[0032]如果沒有則保持所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率不變。
[0033]上述步驟102)進(jìn)一步包含:
[0034]步驟102-1)獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)，并采用如下公式計(jì)算比較各鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余時(shí)間:
[0035]Xi (t) =Wi (t) /Pi (t)
[0036]其中，Wi (t)來表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余能量，Pi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的發(fā)射功率，Xi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余生命時(shí)間；
[0037]步驟102-2)從上述反向鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)為NI，再進(jìn)行如下判斷抉擇:
[0038]如果節(jié)點(diǎn)NI的功率還能進(jìn)一步降低，即節(jié)點(diǎn)NI的當(dāng)前功率不是最小值，并且節(jié)點(diǎn)NI的剩余生命時(shí)間比節(jié)點(diǎn)N3的剩余生命時(shí)間小時(shí)，則尋找到距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N2,檢查節(jié)點(diǎn)N2是否在節(jié)點(diǎn)N3的覆蓋能力范圍內(nèi)，如果是，并且節(jié)點(diǎn)N3當(dāng)前的能量W3除以功率P32的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的生命時(shí)間X1⑴，則將節(jié)點(diǎn)N3的功率調(diào)整至p32，即將節(jié)點(diǎn)距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)N2劃分為節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的發(fā)射功率。
[0039]上述方法還包含:用于為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用太陽能進(jìn)行充電的步驟。
[0040]上述Wi (t)的計(jì)算公式為:
[0041]Wi (t) =Iii (t) *t*pl_t*p2
[0042]其中，Iii (t)為節(jié)點(diǎn)i在某個(gè)時(shí)間段t的平均獲取功率，Pl為太陽能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換效率，P2為電池漏電功率。
[0043]為了實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，所述系統(tǒng)包含:
[0044]第一調(diào)整模塊，用于根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻其自身的覆蓋范圍和該節(jié)點(diǎn)的各鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，在保證連通性的原則下降低節(jié)點(diǎn)自身的發(fā)射功率；
[0045]第二調(diào)整模塊，用于通過節(jié)點(diǎn)查找自身的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而判斷能否降低反向鄰居節(jié)點(diǎn)中擁有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；
[0046]其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率Pi(t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)，而位于監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為節(jié)點(diǎn)隊(duì)的反向鄰居節(jié)點(diǎn)；且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)以距離為度量表征節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和覆蓋范圍。
[0047]上述第一調(diào)整模塊進(jìn)一步包含:
[0048]發(fā)射功率獲取子模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率，且該發(fā)射功率為覆蓋距離節(jié)點(diǎn)N3最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)NI所需的發(fā)射功率；
[0049]拓?fù)湔{(diào)整子模塊，用于獲取節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，并判斷其所有鄰居節(jié)點(diǎn)中是否有能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn):如果有則將所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率降低至能夠到達(dá)其次元鄰居節(jié)點(diǎn)所需的功率，同時(shí)將能夠覆蓋所述節(jié)點(diǎn)NI的N3的鄰居節(jié)點(diǎn)選定為節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn)，并從所述節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)中刪除節(jié)點(diǎn)NI ;如果沒有則保持所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率不變。
[0050]上述第二調(diào)整模塊進(jìn)一步包含:
[0051]反向鄰居節(jié)點(diǎn)獲取子模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)，所述所有的反向鄰居節(jié)點(diǎn)包含:N1，N2和N4，最后采用如下公式計(jì)算比較所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)NI，N2和N4的剩余時(shí)間:
[0052]Xi (t) =Wi (t)/Pi(t)
[0053]其中，Wi (t)來表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余能量，Pi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的發(fā)射功率，Xi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余生命時(shí)間；
[0054]步驟102-2)從上述反向鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)NI，進(jìn)行如下判斷扶擇:
[0055]如果節(jié)點(diǎn)NI的功率還能進(jìn)一步降低，即節(jié)點(diǎn)NI的當(dāng)前功率不是最小值，并且節(jié)點(diǎn)NI的剩余生命時(shí)間比節(jié)點(diǎn)N3的剩余生命時(shí)間小時(shí)，則尋找到距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N2,檢查節(jié)點(diǎn)N2是否在節(jié)點(diǎn)N3的覆蓋能力范圍內(nèi)，如果是，并且節(jié)點(diǎn)N3當(dāng)前的能量W3除以功率P32的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的生命時(shí)間X1⑴，則將節(jié)點(diǎn)N3的功率調(diào)整至p32，即將節(jié)點(diǎn)距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)N2劃分為節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的發(fā)射功率。
[0056]上述節(jié)點(diǎn)還包含:能量補(bǔ)充模塊，用于采用太陽為節(jié)點(diǎn)充電。
[0057]上述Wi (t)的計(jì)算公式為:
[0058]Wi (t) =Iii (t) *t*pl_t*p2
[0059]其中，Iii (t)為節(jié)點(diǎn)i在某個(gè)時(shí)間段t的平均獲取功率，Pl為太陽能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換效率，P2為電池漏電功率。
[0060]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0061]1、現(xiàn)有的技術(shù)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)電池儲(chǔ)存能量有限，不能持續(xù)供能。本提案中采用可充電式電池，可以從傳感器所處環(huán)境中，獲取太陽能。轉(zhuǎn)換為可用電量后，儲(chǔ)備在電池中，供傳感器后續(xù)使用。
[0062]2、現(xiàn)有的技術(shù)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射功率在初始時(shí)刻確定，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生存過程中保持不變。這沒有考慮到節(jié)點(diǎn)之間功率大小不同的問題，導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)終止運(yùn)行后，部分節(jié)點(diǎn)可能還存在著大量能量。本發(fā)明考慮節(jié)點(diǎn)不同時(shí)刻的剩余能量，根據(jù)剩余能量及自身的覆蓋能力，及時(shí)調(diào)整功率大小，以最大化網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]圖1是本發(fā)明中的軟件框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖2是UCLA大學(xué)的Heliomote傳感器一天的能量收獲效率圖；
[0065]圖3 (a)是本發(fā)明實(shí)施例中初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0066]圖3 (b)是采用本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身情況進(jìn)行功率調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0067]圖4是本發(fā)明各節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身判斷能否降低發(fā)射功率進(jìn)而改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的流程圖；
[0068]圖5 (a)是本發(fā)明實(shí)施例中初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0069]圖5 (b)是本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)點(diǎn)從反向鄰居的角度出發(fā)，幫助反向鄰居節(jié)點(diǎn)調(diào)整其發(fā)射功率后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0070]圖6是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)反向鄰居節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0072]物質(zhì)空間中存在各種潛在的可以利用的能源，如太陽(光)能、風(fēng)能、機(jī)械振動(dòng)能等，目前利用機(jī)械振動(dòng)和光能的能量收集技術(shù)研究比較多，并有相關(guān)器件的產(chǎn)品。傳感器節(jié)點(diǎn)采用可重復(fù)充電化學(xué)電池和能量獲取相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)長期供電的有效手段，作為能量儲(chǔ)存的電池，延長電池的使用壽命，達(dá)到讓網(wǎng)絡(luò)能從所處環(huán)境中獲取能量，以延長生命時(shí)間的目的。本發(fā)明首次提出將可充電式電池與動(dòng)態(tài)調(diào)整無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率方法結(jié)合，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能量消耗，最大化網(wǎng)絡(luò)生存周期。以下詳細(xì)描述本發(fā)明的設(shè)計(jì)流程和步驟。
[0073]第一步:傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化階段
[0074]假設(shè)在一塊的監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，隨機(jī)部署η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始值設(shè)置成節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到的發(fā)射功率的最大值Pmax。假設(shè)從節(jié)點(diǎn)Ni出發(fā)，要與節(jié)點(diǎn)Nj相連的最小發(fā)射功率為Pu，節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余能量用Wi (t)來表示，節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的發(fā)射功率用Pi(t)來表示，那么節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余生命時(shí)間Xi (t)可以用如下公式⑴來計(jì)算:
[0075]Xi (t) =Wi (t)/Pi(t) (I)
[0076]定義在節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率Pi (t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)。把那些覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為Ni的反向鄰居節(jié)點(diǎn)?？梢钥闯觯槍?duì)Ni的任一個(gè)反向鄰居節(jié)點(diǎn)％，Ni是％的鄰居節(jié)點(diǎn)。為了描述方便，本發(fā)明中將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相連所需的功率用它們之間的距離代替，即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離越大，則它們之間通信所需的功率越大。
[0077]第二步:可充電式電池能量獲取階段
[0078]本發(fā)明中設(shè)計(jì)的方法針對(duì)光能傳感器，將可充電式電池附加在傳感器上，用以給傳感器提供能量。電池可以從周圍環(huán)境中獲取能量，圖2為UCLA大學(xué)的Heliomote傳感器一天的能量收獲效率圖，它采用NiMH電池儲(chǔ)備能量，為負(fù)載提供可管理的穩(wěn)定電壓供給。圖中的重疊曲線表示收集了 67天的能量數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，由于白天陽光充足，白天的能量收獲效率遠(yuǎn)大于晚上的收獲效率。
[0079]在本方案中，假定每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一天中不同的時(shí)刻按照當(dāng)前時(shí)間的獲取功率補(bǔ)給能量。假設(shè)節(jié)點(diǎn)在某個(gè)時(shí)間段t的平均獲取功率為Iii (t)，能量轉(zhuǎn)換效率為pl，電池漏電功率為P2，這段時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)積累的可用能量Wi(t)的計(jì)算公式如下:
[0080]Wi (t) =Iii (t) *t*pl_t*p2 (2)
[0081]式中hi(t)*t*pl表示t時(shí)段內(nèi)獲取的將太陽能轉(zhuǎn)換為傳感器可用電能的能量，p2*t表示t時(shí)間傳感器的內(nèi)漏電量。這樣，如果以小時(shí)為刻度單位，可以根據(jù)圖2計(jì)算出每個(gè)時(shí)間段節(jié)點(diǎn)收獲的可用電能，為后面的動(dòng)態(tài)功率調(diào)整做準(zhǔn)備。在本發(fā)明的后續(xù)計(jì)算中，我們計(jì)算公式(2)時(shí)，pl —般取值0.7，p2 —般取值0.6。
[0082]第三步:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整階段
[0083]由于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)向別的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，這意味著傳感器節(jié)點(diǎn)的自身電池能量會(huì)隨著時(shí)間的推移而消耗，本發(fā)明考慮能量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和發(fā)射功率值，根據(jù)計(jì)算比較節(jié)點(diǎn)的剩余生命時(shí)間大小去調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的功率。在數(shù)據(jù)包發(fā)射階段，假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都向剩余的“η-1”個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，路徑采用典型的最短路徑Dijkstra算法來確定。這個(gè)階段主要分為兩個(gè)步驟。
[0084]步驟1，監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)從自己的角度出發(fā)，根據(jù)自己的覆蓋范圍和當(dāng)前鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，判斷節(jié)點(diǎn)自身是否可以降低當(dāng)前發(fā)射功率。
[0085]如圖3所示，針對(duì)節(jié)點(diǎn)N3，假定在某個(gè)時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的功率為p31，即由節(jié)點(diǎn)NI決定它的發(fā)射功率，因?yàn)镮節(jié)點(diǎn)距離它最遠(yuǎn)。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)N3覆蓋范圍內(nèi)還有鄰居節(jié)點(diǎn)N5和N4。節(jié)點(diǎn)N3檢查剩余鄰居節(jié)點(diǎn)N4和N5，看其中是否有某一節(jié)點(diǎn)可以覆蓋節(jié)點(diǎn)NI。這里，假定p31>p35>p34。如果有，則將功率收縮至次遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)處。如果沒有，則發(fā)射功率不改變。為了不丟失拓?fù)鋬?nèi)其余節(jié)點(diǎn)并保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞钠椒€(wěn)性，節(jié)點(diǎn)N3并沒有直接收縮到節(jié)點(diǎn)N4處，而是收縮到次遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)N5處。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)N3給節(jié)點(diǎn)NI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以通過節(jié)點(diǎn)N4間接的轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)NI。這樣，網(wǎng)絡(luò)的連通性沒有改變，但是通過減小節(jié)點(diǎn)N3的功率達(dá)到延長其生命時(shí)間的目的。如果N3是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)，則延長它的時(shí)間就是延長了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命時(shí)間。
[0086]圖3 (a)中節(jié)點(diǎn)N3到節(jié)點(diǎn)NI的虛線表示功率調(diào)整前，N3到NI發(fā)送數(shù)據(jù)的路線圖。由于此時(shí)N3直接覆蓋NI，所以可以直接給NI發(fā)送數(shù)據(jù)。圖3(b)中虛線表示功率調(diào)整后，節(jié)點(diǎn)N3到NI的數(shù)據(jù)發(fā)送路線圖。由于此時(shí)N3已將功率從P31減小至P35，它不能直接到達(dá)NI，又由于NI是N4的鄰居節(jié)點(diǎn)，所以可將發(fā)往NI的數(shù)據(jù)通過N4轉(zhuǎn)發(fā)。
[0087]上述步驟I的流程如圖4所示。
[0088]步驟2，節(jié)點(diǎn)從反向鄰居的角度出發(fā)，通過查找自己的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，去判斷能否幫助它延長生命時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命時(shí)間的目的。
[0089]如圖5所示，針對(duì)節(jié)點(diǎn)N3，假設(shè)它的反向鄰居節(jié)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)N1，N2和N4。公式(I)計(jì)算比較節(jié)點(diǎn)N1，N2和N4的剩余時(shí)間。假設(shè)節(jié)點(diǎn)NI的時(shí)間小，則進(jìn)一步對(duì)節(jié)點(diǎn)NI進(jìn)行考察。如果節(jié)點(diǎn)NI的功率p14還能進(jìn)一步降低，即當(dāng)前功率不是最小值(這里假設(shè)p12>p13>p14)，并且節(jié)點(diǎn)NI的生命時(shí)間比節(jié)點(diǎn)N3小，則考察決定節(jié)點(diǎn)NI的發(fā)射功率的節(jié)點(diǎn)，找到節(jié)點(diǎn)N2，則檢查節(jié)點(diǎn)N2是否在節(jié)點(diǎn)N3的覆蓋能力范圍內(nèi)，如果是，并且節(jié)點(diǎn)N3當(dāng)前的能量W3除以功率P32的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的生命時(shí)間Xl(t)，則將節(jié)點(diǎn)N3的功率調(diào)整至P32，這樣節(jié)點(diǎn)NI就可以按照前述步驟中的方法減小自己的當(dāng)前功率。這里假Sp1Ppli^p1Ppiy節(jié)點(diǎn)NI的功率由P12收斂至P15。并且由于節(jié)點(diǎn)N3在節(jié)點(diǎn)NI的覆蓋范圍內(nèi)，所以減小功率不會(huì)造成節(jié)點(diǎn)丟失，保證了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性。
[0090]圖5 (a)中節(jié)點(diǎn)NI到節(jié)點(diǎn)N2的虛線表示功率調(diào)整前，NI到N2發(fā)送數(shù)據(jù)的路線圖。由于此時(shí)NI直接覆蓋N2，所以可以直接給N2發(fā)送數(shù)據(jù)。圖5(b)中虛線表示功率調(diào)整后，節(jié)點(diǎn)NI到N2的數(shù)據(jù)發(fā)送路線圖。由于此時(shí)NI已將功率從P12減小至P15，它不能直接到達(dá)N2，又由于N3是NI的鄰居節(jié)點(diǎn)，且N2是N3的鄰居節(jié)點(diǎn)，所以可將發(fā)往N2的數(shù)據(jù)通過N3轉(zhuǎn)發(fā)。
[0091] 上述步驟2的流程如圖6所示。
[0092]通過上述方案的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)在m*m的監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，引入可充電式電池，并且根據(jù)不同時(shí)刻節(jié)點(diǎn)剩余能量的差異，動(dòng)態(tài)調(diào)整傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，既能保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吒采w率，仿真結(jié)果預(yù)測(cè)，較現(xiàn)有的拓?fù)淇刂扑惴ǖ木W(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間能有效延長30%以上。
[0093]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法，該方法在不改變無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連通性的條件下通過降低某些節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整各節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，所述方法包含: 步驟101)每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻其自身的覆蓋范圍和該節(jié)點(diǎn)的各鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍在保證連通性的原則下降低各節(jié)點(diǎn)自身的發(fā)射功率； 步驟102)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過查找自身的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，在保證連通性的原則下判斷能否降低反向鄰居節(jié)點(diǎn)中擁有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率； 其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率Pi (t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)，而位于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為節(jié)點(diǎn)隊(duì)的反向鄰居節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制方法，其特征在于，所述步驟101)進(jìn)一步包含: 步驟101-1)獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率，且該發(fā)射功率為覆蓋距離節(jié)點(diǎn)N3最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)NI所需的發(fā)射功率； 步驟101-2)獲取所述節(jié)點(diǎn)N3的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，并判斷其所有鄰居節(jié)點(diǎn)中是否有能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn): 如果有則將所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率降低至能夠到達(dá)其次遠(yuǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)所需的功率，同時(shí)將能夠覆蓋所述節(jié)點(diǎn)NI的N3的鄰居節(jié)點(diǎn)選定為節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn)，并從所述節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)中刪除節(jié)點(diǎn)NI ； 如果沒有則保持所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制方法，其特征在于，所述步驟102)進(jìn)一步包含: 步驟102-1)獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)，并采用如下公式計(jì)算比較各鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余時(shí)間:
Xi (t)=wi(t)/pi(t) 其中，Wi (t)來表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余能量，Pi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的發(fā)射功率，Xi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余生命時(shí)間； 步驟102-2)從上述反向鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)為NI，再進(jìn)行如下判斷抉擇: 如果節(jié)點(diǎn)NI的功率還能進(jìn)一步降低，即節(jié)點(diǎn)NI的當(dāng)前功率不是最小值，并且節(jié)點(diǎn)NI的剩余生命時(shí)間比節(jié)點(diǎn)N3的剩余生命時(shí)間小時(shí)，則尋找到距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N2，檢查節(jié)點(diǎn)N2是否在節(jié)點(diǎn)N3的覆蓋能力范圍內(nèi)，如果是，并且節(jié)點(diǎn)N3當(dāng)前的能量W3除以功率P32的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的生命時(shí)間X1 (t)，則將節(jié)點(diǎn)N3的功率調(diào)整至p32，即將節(jié)點(diǎn)距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)N2劃分為節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的發(fā)射功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制方法，其特征在于，所述方法還包含: 用于為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用太陽能進(jìn)行充電的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功率控制方法，其特征在于，所述Wi(t)的計(jì)算公式為:Wi (t) =hj (t)*t*pl_t*p2 其中，Hi (t)為節(jié)點(diǎn)i在某個(gè)時(shí)間段t的平均獲取功率，pi為太陽能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換效率，P2為電池漏電功率。
6.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)包含: 第一調(diào)整模塊，用于根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻其自身的覆蓋范圍和該節(jié)點(diǎn)的各鄰居節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，在保證連通性的原則下降低節(jié)點(diǎn)自身的發(fā)射功率； 第二調(diào)整模塊，用于通過節(jié)點(diǎn)查找自身的反向鄰居中具有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而判斷能否降低反向鄰居節(jié)點(diǎn)中擁有最小生命時(shí)間的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率； 其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)Ni的發(fā)射功率Pi(t)的距離范圍內(nèi)覆蓋的節(jié)點(diǎn)稱為Ni的鄰居節(jié)點(diǎn)，而位于監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)Ni的所有節(jié)點(diǎn)的集合，稱為節(jié)點(diǎn)Ni的反向鄰居節(jié)點(diǎn)；且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)以距離為度量表征節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和覆蓋范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述第一調(diào)整模塊進(jìn)一步包含: 發(fā)射功率獲取子模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率，且該發(fā)射功率為覆蓋距離節(jié)點(diǎn)N3最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)NI所需的發(fā)射功率； 拓?fù)湔{(diào)整子模塊，用于獲取節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，并判斷其所有鄰居節(jié)點(diǎn)中是否有能夠覆蓋節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn):如果有則將所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率降低至能夠到達(dá)其次元鄰居節(jié)點(diǎn)所需的功率，同時(shí)將能夠覆蓋所述節(jié)點(diǎn)NI的N3的鄰居節(jié)點(diǎn)選定為節(jié)點(diǎn)NI的鄰居節(jié)點(diǎn)，并從所述節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)中刪除節(jié)點(diǎn)NI ;如果沒有則保持所述節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率不變。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述第二調(diào)整模塊進(jìn)一步包含: 反向鄰居節(jié)點(diǎn)獲取子模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)N3的所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)，所述所有的反向鄰居節(jié)點(diǎn)包含:N1，N2和N4，最后采用如下公式計(jì)算比較所有反向鄰居節(jié)點(diǎn)NI，N2和N4的剩余時(shí)間:
Xi (t)=wi(t)/pi(t) 其中，Wi (t)來表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余能量，Pi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的發(fā)射功率，Xi (t)表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的剩余生命時(shí)間； 步驟102-2)從上述反向鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇剩余生命時(shí)間最小的節(jié)點(diǎn)NI，進(jìn)行如下判斷扶擇: 如果節(jié)點(diǎn)NI的功率還能進(jìn)一步降低，即節(jié)點(diǎn)NI的當(dāng)前功率不是最小值，并且節(jié)點(diǎn)NI的剩余生命時(shí)間比節(jié)點(diǎn)N3的剩余生命時(shí)間小時(shí)，則尋找到距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N2，檢查節(jié)點(diǎn)N2是否在節(jié)點(diǎn)N3的覆蓋能力范圍內(nèi)，如果是，并且節(jié)點(diǎn)N3當(dāng)前的能量W3除以功率P32的時(shí)間大于節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的生命時(shí)間X1 (t)，則將節(jié)點(diǎn)N3的功率調(diào)整至p32，即將節(jié)點(diǎn)距離節(jié)點(diǎn)NI最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)N2劃分為節(jié)點(diǎn)N3的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)NI當(dāng)前的發(fā)射功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)還包含: 能量補(bǔ)充模塊，用于采用太陽為節(jié)點(diǎn)充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述Wi(t)的計(jì)算公式為:
Wi (t) =hj (t)氺t氺pl_t氺p2 其中，Hi (t)為節(jié)點(diǎn)i在某個(gè)時(shí) 間段t的平均獲取功率，pi為太陽能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換效率，P2為電池漏電功率。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103945425SQ201310024552
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】譚倩, 韓言妮, 安偉, 慈松, 唐暉, 譚紅艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所