[发明专利]一种基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法

权利要求书

1.一种基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，其特征在于，无线传感网络由无线充电桩，无线传感器节点和汇聚节点组成，通信过程分为两个时隙，所述基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法包括以下步骤：

1)第一时隙，占用时间τT：无线传感器节点收集来自无线充电桩的能量；无线传感器节点根据当前收集到的能量发送信息所需的能量E_c,u、残余能量邻节点个数|N_u|以及发送速率R，通过TSCKN算法选择处于活跃或睡眠状态；

2)第二时隙，占用时间(1-τ)T：处于活跃状态的传感器节点向汇聚节点发送所收集到的信息，而处于睡眠状态的传感器节点在该时隙继续收集能量，表示为此时传感器节点的残余能量表示为计算能量利用率及网络覆盖率，从而选定较优时隙分割点τ的范围。

2.如权利要求1所述的基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，其特征在于：所述步骤1)中，无线传感器节点收集到的能量表示为：

其中，T表示一个周期的时间长度，τ表示第一时隙占用的时间百分比，Q表示单位时间内收集的能量，表示为：

Q＝ηP_tD^-αG_A (2)

其中，η表示传感器节点的能量转换效率，P_t表示无线充电桩的发送功率，D表示从无线充电桩到传感器节点的归一化距离，α表示路径损耗因子，G_A表示混合天线增益；

无线传感器节点发送信息所消耗的能量E_c,u表示为：

E_c,u＝E_T(b,d)+E_R(b) (3)

其中，E_T(b,d)和E_R(b)分别表示在距离d发送和接收一个b比特的数据包分别消耗的能量，表示为：

E_T(b,d)＝bE_elec+bd^αE_amp (4)

E_R(b)＝bE_elec (5)

其中，E_elec表示传感器节点用于运行发送器电路所需要的能量，E_amp表示发送器中的放大器在单位距离内发送一个数据包所消耗的能量；

无线传感器节点第一时隙的残余能量表示为：

其中，E_s表示无线传感器节点的电池容量，表示上一周期结束时无线传感器节点的残余能量；

无线传感器节点的邻节点个数|N_u|通过以下方式得到：

当前节点s_u通过广播的方式向周围节点发送一段信息，其邻节点将会反馈一个信息到当前节点s_u，节点s_u根据接收到的反馈信息得到其邻节点集合N_u，|N_u|就为节点s_u的邻节点个数；

无线传感器节点的信息发送速率表示为：

其中，h表示活跃节点到汇聚节点的信道系数，p表示该活跃节点的信息发送功率，σ²表示该信道上的噪声功率；

TSCKN算法表述如下：

无线传感器节点s_u根据自身的残余能量第一时隙所收集的能量发送信息所消耗的能量E_c,u、信息发送速率R以及能量阈值E_Threshold和速率阈值R_Threshold选择处于活跃或睡眠状态；当节点s_u残余能量与收集能量之和不低于能量阈值以及信息发送速率不低于速率阈值时，即且R≥R_Threshold，那么该节点初步判定为活跃状态，否则该节点进入睡眠状态；对于活跃状态节点s_u，选择一个随机值rank_u，广播该数值，并收集邻节点N_u的随机值放入集合R_u中；然后邻节点N_u将集合R_u进行广播，同时收集来自两跳邻节点N_v的随机值放入集合R_v；如果节点s_u所拥有的邻节点个数少于k，即|N_u|＜k，或者两跳邻节点个数少于k，即|N_v|＜k，则节点s_u保持活跃状态；如果节点s_u的邻节点和两跳邻节点个数均大于k，即|N_u|＞k且|N_v|＞k，则将随机值小于rank_u的邻节点放入集合C_u中；如果集合C_u中的任意两节点能够直接或间接连接并且其每个节点都有至少k个来自C_u的邻节点，那么节点s_u进入睡眠状态。

3.如权利要求1或2所述的基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，其特征在于：所述步骤2)中，睡眠节点收集到的能量表示为：

无线传感器节点在2个时隙收集到的能量E_h,u表示为：

传感器节点的残余能量表示为：

其中，和分别表示活跃节点和睡眠节点的残余能量，表示为：

无线传感器网络的能量利用率表示为：

其中，

无线传感器网络的覆盖率表示为：

其中，n表示随机生成的坐标点个数，count表示被活跃节点覆盖的坐标点个数，逐一判断每个点是否在某个活跃节点的覆盖下，若是，则count加一。