[发明专利]基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器网络技术领域，具体涉及一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法和系统。

背景技术

传感器网络是面向应用的特殊无线自组织网络，在智能家居、智能交通、工业监测、环境监测、远程医疗、战场监视等领域都有潜在的应用价值。在传感器网络中，大量微型传感器节点部署在观测区域，采集数据并且以多跳的方式将数据发送到融合中心。传感器节点用电池供电，自带能量是有限的，而且电池很难更换。为此传感器网络的典型特征是能量受限，各种算法、协议的设计都以节能为首要目标，并且尽力平衡性能和能耗。

能量获取传感器网络近年来成为国内外学界的关注焦点。在能量获取传感器网络中，节点从外界获取能量（如太阳能），一定程度上缓解了自身的能量约束，延长了网络生命周期。但是，外界可获取的能量是不稳定的，不是任何时刻都有，而且可获取量随时间变化。另外，太阳能转化的效率和能量缓存空间也影响到太阳能的优化利用。这就要求我们在设计能量获取传感器网络的算法和协议时，充分考虑能量获取的随机性和传感器网络的工作任务，尽量提高能效。能量获取传感器网络特别适合用于野外环境监测。当传感器节点自带的电池能量不足时，节点从外界获取太阳能、风能等新能源并且将它们转化为电能。

当传感器网络用于野外环境监测时，节点休眠调度使得传感器网络出现覆盖冗余时让冗余节点进入休眠状态以节省能量，这样还可以平衡节点能耗，延长网络生命周期。传感器网络节点休眠调度的代表性方法有基于分簇的休眠调度方法、基于节点距离和跳数的休眠调度方法、基于角度覆盖的休眠调度方法、基于Voronoi图的休眠调度方法、保证覆盖度和连通性的休眠调度方法等。这些方法都面向节点能量固定的传感器网络，尽管延长了网络生命周期，但是没有考虑能量获取的随机性以及由此引起的传感器网络拓扑结构动态变化，可能导致所获取能量的不当使用。

发明内容

针对现有的传感器网络休眠调度方法不适用于能量获取传感器网络的情形，本发明提出一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，并提供了实现该方法的休眠调度系统，适应了能量获取的随机性以及传感器网络拓扑结构的动态变化，能够更有效地利用所获取的能量，适用于多种传感器网络类型以及更适合野外监测等无法供电并且很难更换电池的应用环境。

本发明技术方案如下：

一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，包括：

在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V,S)；

根据加权有向图G=(V,S)计算各条链路的权重；

根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态；

根据设定的休眠调度制度开始下一轮休眠调度。

其中：V是传感器节点的集合，S是传感器节点之间链路的集合。

所述的休眠调度制度为当能量获取传感器网络不能满足监测区域覆盖要求时，开始下一轮休眠调度。

所述的链路权重由下式获得：

λij=ϵi|hij|2dijv;]]>

其中：λ_ij是节点x_i（i=1,2,3,……,）和节点x_j所构成链路的权重；节点x_j是链路相交节点；ε_i是节点x_i的剩余能量；h_ij是节点x_i和节点x_j之间的信道系数；d_ij是节点x_i和节点x_j之间的距离；v是常数，v=2-4。

一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度系统，包括：