[发明专利]基于太阳能收集模型的WMSNs节点调度方法

说明书

本发明提出了基于太阳能收集模型的WMSNs节点调度策略，包括太阳能收集模块、WMSNs节点分簇算法和在两者基础上的一种WMSNs节点调度策略。太阳能收集模型综合考虑了天气情况、节点地理位置以及遮挡等因素的影响，结合并修正太阳能收集的理想能量变化规律，有利于更好的反映WMSNs节点的剩余能量以及太阳能的补充能量。WMSNs节点调度策略，结合了太阳能收集模型以及WMSNs节点分簇算法，通过工作区间结合节点的优先级的方式，调整节点的工作状态。该策略保证了网络覆盖度，降低了WMSNs节点的功耗，有利于保持网络的能量中性状态，使网络可以持续运行，提升网络的性能。

技术领域

本发明为基于太阳能收集模型的WMSNs节点调度方法，具体涉及能量收集无线多媒体传感器网络技术领域。

背景技术

无线多媒体传感器网络WMSNs(Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs)是一种新型的传感器网络，其节点装备有摄像头、麦克风及其他传感器，可以产生多媒体信息。这些具有计算、存储和通信能力的多媒体传感器节点通过自组织的方式形成分布式感知网络，具备协同感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内音频、视频、静态图像、数值数据等多媒体信息的能力。WMSNs作为传感器网络的一种，除了具有其共性的特点,如节点能力和网络资源受限、大规模、自组织、多跳通信、动态性强、应用相关、以数据为中心等，还具有显著的个性特征：(1)具有音频、视频、图像等多媒体信息处理的能力，节点及网络能力增强；(2)感知媒体丰富，多种异构数据共存；(3)处理任务复杂；(4)可以对环境进行全面有效的感知。

WMSNs通常是由传感器节点上的微型电池提供能量，然而电池本身是一种有限的能量源，在特定的场景下，WMSNs节点的续航能力无法得到有效的保障。传统电池供电的WMSNs节点除了有限的能量存储空间之外，还存在着电池寿命难以预测的问题，以及特殊环境下，例如WMSNs节点部署在野外的恶劣环境中，电池是难以由人工进行维护的，维护成本也会相当的高，一旦电池能量耗尽，节点就失去了作用。因此，如何降低和均衡节点能耗，延长网络生存周期成为WMSNs应用的关键。

近年来，随着能量收集技术的日渐成熟，部署新型的可持续的能量收集WMSNs，克服传统的电池驱动的WMSNs固有的种种缺陷，已经成为了传感器领域内众多科研工作者研究的焦点问题，并且已经取得了巨大的进步，具有非常广阔的应用前景。

然而，太阳能收集技术在实际的工程项目应用中存在着无法避免的问题与挑战：太阳能收集的不确定性和不稳定性，从而导致了WMSNs节点的间歇性。由于白天和黑夜严重影响着太阳能的收集效率，基于太阳能收集的WMSNs节点应该采用什么样的策略度过夜晚时段，如何管理和分配能量保证WMSNs节点不会陷入瘫痪状态，成为了一个相当严峻的问题。此外，不同的季节以及气象因素也对太阳能的收集效率有着显著的影响，如何调整节点的工作状态，在保证WMSNs节点工作性能的前提下最大化降低能耗，也是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种WMSNs节点调度方法，解决WMSNs中能量有限、网络服务质量低的问题。

本发明采用的技术方案是，提出了基于太阳能收集模型的WMSNs节点调度方法，包括太阳能收集模块、WMSNs节点分簇算法和在两者基础上的一种WMSNs节点调度策略，其特征在于：

所述太阳能收集模块建立过程如下：

步骤1：根据当地天气情况和太阳能电池板尺寸设置最佳天气基数A_max；

步骤2：分别建立A、B、C、D四个子集，将所有的气象专业天气类型均依次顺序合并到这四个子集中，每个子集均包含不止一个气象专业天气类型；天气类型之间的转换可用概率转移矩阵P_a表示，P_a为4×4的方阵，a表示天气类型，a∈{A，B，C，D}；