[发明专利]一种基于动态数据图样的生命期最优化树的构造方法

说明书

本发明涉及一种基于动态数据图样的生命期最优化树的构造方法，包括如下操作步骤：采用TPO调度机制来量化能量耗费；计算节点v在一个采样周期中用于接收、发送、和空闲侦听的能量耗费模型；采用上述能量耗费模型构造生命期最优的路由树。上述技术方案中，针对树形结构设计了一个数学模型，用于精确描述传感器节点的能量耗费，并将设计出的数学模型应用于构造高效的树型结构，来最优化网络的生命期。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种基于动态数据图样的生命期最优化树的构造方法。

背景技术

无线传感器网络由密集部署的无线传感器节点构成。这种网络通常被安置在自然区域中，通过节点之间的互相协作，对目标环境中物理量的变化进行监测。这种网络通常由一个基站和众多的传感器节点构成，如图1所示。传感器节点由电池供电，基站由电源供电，传感器节点和基站通过无线通信的方式，自组织为一个网络。

传感器网络的数据收集面临着节点能量过早耗尽的挑战。在所有的能量消耗中，无线通信占据着最大的比重。为了省电，应该避免过多的进行数据传输。而究竟传送哪些数据，由数据本身所决定，并且只有在监测数据被传感器节点采集到之后才能被决定。所以，在每个采样周期中，报送数据的节点在动态的变化且不可预测。比如，在相邻采样周期内，每个传感器节点所采集到的数据，往往较为平稳或只在一定的范围内波动。为了节省电量，只有当新的采样数值与上次报送的数据之间的偏差大到一定程度时，节点才需要向基站发送本次采集到的数据。在节点对环境采样之前，每个传感器节点并不能提前计算其两次报送数据的偏差是多少。又如，在由条件触发的传感器监测应用中，比如在火山监控中，只有当震动和声波信号产生突变时，才需要传送数据。但是，在节点采样到数据之前，它并不知道自己未来的数据是否会满足先前设定好的条件。以上两个应用场景具有相同的特点：在每个采样周期，报送数据给基站的传感器节点随着时间不断动态的变化，且这种变化具有不可预测性。将网络中报送数据给基站的传感器节点的分布，定义为数据图样。

在数据图样动态变化的情况下，降低数据收集所带来的能量耗费至关重要。无线传感器节点通常由电池驱动，最大程度的节约电量来延长网络的生命期(网络中第一个节点耗干能量的时间)是非常重要的。而动态数据图样给节能带来了挑战。

另一方面，数据收集过程中，节点的能量使用效率又被路由结构所影响。不同的路由结构，将影响到每个节点接收到的和需要发送的数据包的个数，从而影响到节点的能量利用。所有现有的路由协议方面的工作，都是针对完整的数据图样进行处理。完整的数据图样指：网络中所有节点在每个采样周期内，都产生一个数据包，去发送给汇聚节点。对于处理周期性的，伴随动态数据图样的数据收集，这些路由协议是低效的。这是因为，网络中不同的数据图样，会导致每个节点在数据包的接收，发送，以及空闲侦听方面，花费不同百分比的能量。所以，不同的数据图样需要与不同的路由结构匹配起来，去延长网络的生命期。比如，当网络中发送数据的节点比较多时，接收和传送数据包通常在传感器节点的能量消耗中占据相当大的比重。在这种情况下，平衡每个节点的数据量非常重要。另一方面，当网络中发送数据的节点比较少时，传感器节点的能量耗费通常被空闲侦听所主导。此时，汇聚节点周围的传感器节点就不再是能量消耗的瓶颈。使每个节点花费在空闲侦听方面的能量尽可能的少，就变成了在设计路由结构方面，一个相当重要的考虑因素。所以，为了应对动态数据图样，设计能够平衡不同节点能量花费的路由结构，来延长网络的生命期是非常重要的。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于动态数据图样的生命期最优化树的构造方法，其可应用于构造高效的树型结构，用于最优化网络的生命期。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于动态数据图样的生命期最优化树的构造方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

S1：采用TPO调度机制来量化能量耗费；

S2：计算节点v在一个采样周期中用于接收、发送、和空闲侦听的能量耗费模型；