[发明专利]无线传感器网络两阶段节点调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，特别是一种无线传感器网络两阶段节点调度方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量的传感器节点组织起来的，传感器节点负责感知网络区域内的数据，并将感知到的数据发送到基站。通过基站对所有节点进行直接管理将增加网络的通信开销、管理延迟和管理复杂性，从而影响到网络的实时性，增加网络的能量消耗。分簇算法是有效解决这一问题的方法之一。分簇算法是根据一定的规则对传感器节点分组进行管理，每个簇都选出一个簇头节点，负责簇内数据收集、成员节点的管理、以及与其他簇之间的通信。分簇算法为网络的资源管理提供一个很好的框架，通过簇头节点协助基站对网络进行管理。尽管分簇算法能够较好地对网络进行管理，但是传感器节点的能量和资源有限是无线传感器网络中的另一个重要问题。节点一般都依靠电池供电，其能源非常有限，并且由于节点数量大，节点部署之后进行充电几乎是不可能的，因此如何有效地利用节点的能量，最大限度地提高能源利用效率，以延长网络的寿命是最重要的问题之一。目前围绕着能量有效利用已经展开很多研究了，在这些方法中，真正最大限度的节能方式是睡眠调度方法。经过睡眠调度，网络中的节点有两种状态：工作状态和睡眠状态。处于工作状态时，节点可以检测在感知范围内的数据、接收和传输数据；而处于睡眠状态时，节点进入节能模式，关闭自身的通信功能，不参与簇内的大部分活动，仅保留功耗极低的接受邻居信息和在特定条件下自我唤醒的功能。这种方法是可行而且合理的，因为大部分传感器网络是高密度配置的，节点同时处于工作状态，某些区域可能被多个传感器节点同时覆盖，这样就会存在冗余覆盖，浪费大量不必要的能源，而且搜集到的数据具有高度相关性和冗余性。睡眠调度通过让部分节点进入睡眠状态，可以有效地减少网络中的冗余覆盖。因此在能量有限的高节点密度的传感器网络场景中，通过有选择性地将感知区域被其邻居节点覆盖的传感器节点置于睡眠状态，使节点轮流工作，可以有效地减少网络中的能量消耗，提高节点能量的利用效率，延长整个网络的生命周期。如何在保持网络覆盖的情况下选择最小的工作节点集是睡眠调度中主要研究内容，这也是一个NP-难问题。

在现有技术中，有些方法是从如何减少网络的能耗方面考虑的，这些方法能够有效的减少网络中的冗余覆盖面积和处于工作状态的节点数量，但是网络中存在一定的覆盖空洞，不能很好地保证网络的覆盖质量。而其他的方法主要是从保持网络覆盖质量方面进行考虑的，这些方法能够有效的保证网络的覆盖质量，但是并没有考虑冗余覆盖面积的大小，没能很好地提高网络能耗的有效性，这样可能造成某些高密度地区的节点始终处于工作状态，造成节点的能量消耗不均衡，长期处于工作状态的节点能量很快消耗完，影响网络的生命周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络两阶段节点调度方法，该方法有利于在保证网络覆盖质量的同时，减少网络能耗，延长网络的生命周期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无线传感器网络两阶段节点调度方法，将集中式节点调度机制和分布式节点调度机制相结合，分簇完成后在每个簇内进行两阶段节点调度，包括以下步骤：

步骤1：将网络分簇，并选举簇头节点，非簇头节点进行簇头选择；

步骤2：进行第一阶段节点调度：在分簇完成的基础上，每个簇内的成员节点向簇头节点发送自身信息，簇头节点根据接收的成员节点信息，运行集中式节点调度机制，对簇内的成员节点进行统一调度；将调度后的节点状态信息发送给各个成员节点，成员节点接收到簇头节点发送的信息后对自身状态进行更新；

步骤3：进行第二阶段节点调度：在第一阶段节点调度结果的基础上，各个成员节点根据收到的邻居节点广播信息确定自身的邻居节点集，然后根据邻居节点的信息以及自身的剩余能量，运行分布式节点调度机制，对自身进行调度。

本发明的有益效果是将无线传感器网络中的分簇方法和节点睡眠调度方法有效地结合在一起对网络进行管理，同时在节点睡眠调度方法中结合了集中式和分布式的调度机制，集中式节点调度可以对整体做出有效的调度，而分布式节点调度可以根据节点自身信息以及邻居信息做出实时调度，通过二者的结合可以保证网络的覆盖，有效地应对网络中的变化，具有较好的实时性，且能够有效地减少网络能耗，延长了网络的生命周期，优化了网络资源。

附图说明

图1是本发明的两阶段节点调度方法的流程图。

具体实施方式