[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

说明书

一种基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，在该方法中，通信过程分为两个时隙，传感器节点在第一时隙从无线充电桩接收能量，能量过低的节点进入休眠状态，剩余节点通过TSCKN算法选择处于活跃或睡眠状态；活跃节点在第二时隙向汇聚节点发送信息，睡眠节点在第二时隙继续收集能量。本发明引入基于时隙切换的无线携能技术，传感器节点在接收信息的同时进行能量收集，通过动态调节传感器节点的能量，调整传感器的状态，提高无线传感器网络的能量利用率及寿命。

技术领域

本发明属于无线通信领域中的无线传感器携能通信技术领域，尤其是一种节点睡眠调度方法。

背景技术

随着超低功耗计算和配备有能量收集装置的通信设备的不断发展，目前的网络系统和无线通信系统朝着绿色通信发展。然而，在现实情况中，不断增长的能量需求及较低的能量利用率制约着无线传感器网络的进一步发展。睡眠调度方法使用唤醒休眠机制对节点进行调度，在保证网络通信质量的前提下，通过调整网络节点的工作状态和冗余率，达到降低能耗的目的，从而提高节点的能量利用率。

现有的睡眠调度方法包括：采用自适应睡眠调度机制的ASCENT方法和采用K邻居连通睡眠调度机制的CKN算法。尽管这两种方法都可以减少能耗、提高能量利用率，但是都没有考虑传感器节点的能量负载状况，节点死亡将会影响无线传感器网络的寿命。

发明内容

针对现有无线传感器网络睡眠调度算法没有考虑节点能量负载状况的问题，本发明提供一种基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，通过引入基于时隙切换的无线携能技术，动态调节传感器节点的能量，调整传感器节点的状态，提高无线传感器网络的能量利用率及寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种基于时隙切换无线携能通信的节点睡眠调度方法，无线传感器网络携能通信系统由无线充电桩，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；

进一步，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：