[发明专利]无线传感器网络的采样任务负载均衡与容错方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别地，涉及一种基于数据共享的无线传感器网络的采样任务负载均衡与容错方法。

背景技术

无线传感网络是由大量廉价微型的传感器节点通过无线通信的方式组成的多跳自组织网络。这在地震、火山预警，铁轨故障检测，生态保护区环境检测等领域得到了普遍的应用。将传感器按照一定的方式部署在美国金门大桥上，传感器可以感知因为地震而产生的震动，通过分析采集到的震动数据有助于对地震探测和震后救灾工作提供快速的信息支持；利用部署在铁轨上的传感器采集铁轨震动的声波，通过分析声波的特点有助于检测铁轨是否出现故障等意外情况，有助于铁轨维护，避免因此导致的事故；这些应用具有共同的特点，即：因为金门大桥下、火山口、铁轨都是人迹罕至的地方，无线传感网络按照一定的方式部署后很难进行调整，而且系统应该具有高可用性，在完成监测任务的情况下，保持较长时间的工作状态。这几乎是每个无线传感器网络共有的特点，除此之外这些采样的任务和传统的离散方式的点采样不同，它们是一种连续的区间采样。传统的点采样仅仅需要传感器采集一次数据就完成了任务，但是像利用声波检测铁轨故障的应用，需要根据一段时间内分析采集的声波才能得出结论，仅仅在某一时刻采集一次数据没有意义。因此传统在点采样上取得的研究成果并不能简单的应用到这些实际的应用中。

如果有采样任务分配到传感器上，传感器就可以根据需求立即开始采样。但是当有多个采样任务在一定的时间内都分配到传感器上时，传感器如果仍然是按照“先到先服务”(First In First Service，简称为FIFS)的策略逐一开始采样，那需要采样的任务量就是这些采样任务的简单相加。而实际中这些采样任务存在时间重叠区，即：在某一时间段，多个采样任务都需要采集数据，这段内采集的数据可以被多个任务共享。那么就有可能通过优化调度的采样策略，让尽可能多的采样任务在重叠区采样。保证在完成采样任务的前提下减少采样的任务量。通过减少采样的任务量可以节省传感器的能源，提高传感器和整个无线传感网络的生命周期，同时采集的数据量减少也会缓解网络传输的压力，避免因为网络拥塞引起的数据丢失和重传。

传统的点采样都是假设采样任务可以在某一时刻由传感器一次采样完成。但实际上很多应用都会给每个采样任务分配一个时间窗口，在这个时间窗口内完成采样任务而不是精确地限制在某一时刻完成。当多个采样任务分配到一个传感器上时，某些采样任务的时间窗口很有可能出现重叠。而现有技术并没有解决在重叠的时间区的采样任务之间存在数据共享时，优化采样的问题。现有的采样方法缺乏有效的负载均衡和容错机制，树形多跳的无线传感器网络缺乏效率、稳定性与鲁棒性。

针对现有技术中采样方法缺乏有效的负载均衡和容错机制，树形多跳的无线传感器网络缺乏效率、稳定性与鲁棒性的问题，目前尚未有有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术中采样方法缺乏有效的负载均衡和容错机制，树形多跳的无线传感器网络缺乏效率、稳定性与鲁棒性的问题，本发明的目的在于提出一种基于数据共享的无线传感器网络的采样任务负载均衡与容错方法，能够为采样方法有效的负载均衡和容错机制，提高树形多跳的无线传感器网络的效率、稳定性与鲁棒性。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于数据共享的无线传感器网络的采样任务负载均衡与容错方法，包括：

树形无线传感器网络中的根节点0接收到至少两个连续采样任务，获取所有连续采样任务的采样信息，采样信息包括每个连续采样任务t的开始时刻b、结束时刻e、采样时间长度l，其中，连续的采样任务是指持续采样一定时间且不能中断的采样任务；树形无线传感器网络中的根节点0将的每个连续采样任务t分配到k个不同的传感器上采集r次；所有传感器按照分配到的连续采样任务进行采样，并回传数据。