[发明专利]一种无线传感器网络的节能方法及休眠决策系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及无线传感器网络中的节能技术。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种涉及多学科高度交叉、具有广阔应用前景的无基础设施新型无线网络，是通信和计算机科学的一个新的研究热点领域。

无线传感器网络所处的环境复杂，节点的供电非常有限，因此如何降低节点能量消耗，延长网络生存期一直是国内外研究的热点之一。IEEE 802.15.4/Zigbee网络标准具有能量消耗少，传输速率低的特点从而被广泛应用在无线传感器网络中。随着技术的发展，对Zigbee无线传感器网络的节能要求也越来越高。

元胞自动机(Cellular Automata，CA)是一类时间、空间、状态都离散的动力系统，其基本特点是：散布于规则网格中的每一元胞均取有限的离散状态，各元胞遵循相同的演化规则进行更新且仅和它临近的元胞发生相互作用。元胞自动机作为状态离散系统，能够以简单的规则揭示复杂的全局特性，因而能够用于研究具有自组织特性的无线传感网络时空演化规律。

现有研究取得了一些成果，但仍存在以下问题：一维元胞自动机理论成熟，模型简单，但与实际网络偏差较大，而且由于维度限制不利于大规模网络特性的研究。未能使用网络仿真软件对二维元胞自动机进行网络仿真，处于数学算法研究阶段。对Zigbee多跳无线传感网络的研究主要在MAC层或路由层上进行修改。在路由层方面，通过改变无线传感器节点的路由方式和组网形式减少传输开销；在MAC方面，主要是从减少空闲监听时间，避免碰撞和减少串音的角度减少能量消耗。从现有研究情况看，现有的无线传感网络的节能技术缺少节点独立决策休眠状态与工作状态的模块，因此并不能从根本上解决无线传感器网络能量消耗大这一问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的无线传感器网络存在的上述问题，提出了一种无线传感器网络的节能方法。

本发明的技术方案为：一种无线传感器网络的节能方法，具体包括如下步骤：

建立元胞自动机，所述元胞自动机具体为：A＝(S，k，N，F)，其中，S代表节点所有可能处于的状态，k代表节点的状态总数，N为节点邻居集合，F为状态转换规则，所述无线传感器网络中的每个节点具有一个独立决策的元胞自动机，元胞自动机根据邻居信息更新自己的邻居集合并根据状态转换规则进行决策，判断是否需要进行状态转换，所述节点所有可能处于的状态具体为：休眠状态、工作状态，即S＝{a，b}，其中，a代表休眠状态，b代表工作状态；

设t时刻元胞(i，j)的状态为S_i，j^(t)，其邻居节点状态之和定义为N_i，j^(t)＝∑S_i，j^(t)，其中某节点的邻居节点是指在该节点单跳通信范围内的节点，则t+1时刻元胞(i，j)的状态S_i，j^(t+1)＝F{N_i，j^(t)}，元胞自动机状态转换规则F如下：

1)从工作状态到休眠状态的规则：若S_i，j^(t)＝b，则

其中，work_flag表示工作状态标记值，work_flag＝a表示工作状态定时器没有超时，work_flag＝b表示工作状态定时器超时；K根据具体网络拓扑情况设置，表示休眠门限值，用于调节休眠强度；若决策S_i，j^(t+1)＝a，则启动休眠定时器，将休眠标记值sleep_flag设置为a，表示节点处于休眠状态并且不能进行状态转换，当休眠定时器超时时，将休眠标记值sleep_flag设置为b，表示节点恢复到工作状态；

2)从休眠状态到工作状态的规则：若S_i，j^(t)＝a，则