本发明专利技术公开了一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法和系统。所述方法包括：在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V,S)；根据加权有向图G=(V,S)计算各条链路的权重；根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态。利用所述方法实现的系统，能够适应能量获取的随机性以及传感器网络拓扑结构的动态变化，更有效地利用所获取的能量，适用于多种传感器网络类型以及更适合野外监测等无法供电并且很难更换电池的应用环境。
Energy aware sensor network node sleeping scheduling method and system based on graph theory
The invention discloses a method and a system for scheduling sensor nodes in energy acquisition based on graph theory. The method comprises the following steps: weighting in the monitoring region structure of energy acquisition sensor network directed graph G= (V, S); according to the weighted directed graph G= (V, S) each link weight is calculated according to the weight of each link; the value of coloring nodes link, link weights according to the order according to the color the value of the sequence, when the monitoring area has been completely covered node coloring, the remaining nodes are not colored, are not colored nodes go to sleep. The system realized by the method that can adapt to the dynamic changes of random energy acquisition and sensor network topology, more efficient use of the energy, the application environment is suitable for various types of sensor networks and more suitable for field monitoring to power supply and it is difficult to replace the battery.
【技术实现步骤摘要】
基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法和系统
本专利技术涉及传感器网络
，具体涉及一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法和系统。
技术介绍
传感器网络是面向应用的特殊无线自组织网络，在智能家居、智能交通、工业监测、环境监测、远程医疗、战场监视等领域都有潜在的应用价值。在传感器网络中，大量微型传感器节点部署在观测区域，采集数据并且以多跳的方式将数据发送到融合中心。传感器节点用电池供电，自带能量是有限的，而且电池很难更换。为此传感器网络的典型特征是能量受限，各种算法、协议的设计都以节能为首要目标，并且尽力平衡性能和能耗。能量获取传感器网络近年来成为国内外学界的关注焦点。在能量获取传感器网络中，节点从外界获取能量(如太阳能)，一定程度上缓解了自身的能量约束，延长了网络生命周期。但是，外界可获取的能量是不稳定的，不是任何时刻都有，而且可获取量随时间变化。另外，太阳能转化的效率和能量缓存空间也影响到太阳能的优化利用。这就要求我们在设计能量获取传感器网络的算法和协议时，充分考虑能量获取的随机性和传感器网络的工作任务，尽量提高能效。能量获取传感器网络特别适合用于野外环境监测。当传感器节点自带的电池能量不足时，节点从外界获取太阳能、风能等新能源并且将它们转化为电能。当传感器网络用于野外环境监测时，节点休眠调度使得传感器网络出现覆盖冗余时让冗余节点进入休眠状态以节省能量，这样还可以平衡节点能耗，延长网络生命周期。传感器网络节点休眠调度的代表性方法有基于分簇的休眠调度方法、基于节点距离和跳数的休眠调度方法、基于角度覆盖的休眠调度方法、基于Voronoi图的休眠调度方法、保证覆盖度和连通性的休眠调度方法等。这些方法都面向节点能量固定的传感器网络，尽管延长了网络生命周期，但是没有考虑能量获取的随机性以及由此引起的传感器网络拓扑结构动态变化，可能导致所获取能量的不当使用。
技术实现思路
针对现有的传感器网络休眠调度方法不适用于能量获取传感器网络的情形，本专利技术提出一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，并提供了实现该方法的休眠调度系统，适应了能量获取的随机性以及传感器网络拓扑结构的动态变化，能够更有效地利用所获取的能量，适用于多种传感器网络类型以及更适合野外监测等无法供电并且很难更换电池的应用环境。本专利技术技术方案如下:—种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，包括:在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V，S)；根据加权有向图G= (V, S)计算各条链路的权重；根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态；根据设定的休眠调度制度开始下一轮休眠调度。其中:V是传感器节点的集合，S是传感器节点之间链路的集合。所述的休眠调度制度为当能量获取传感器网络不能满足监测区域覆盖要求时，开始下一轮休眠调度。所述的链路权重由下式获得:其中:λ υ是节点Xi (i=l, 2，3，……，)和节点Xj所构成链路的权重；节点Xj是链路相交节点；ε i是节点Xi的剩余能量^ij是节点Xi和节点Xj之间的信道系数；(^是节点Xi和节点Xj之间的距离；V是常数，v=2-4。一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度系统，包括:在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V，S)的装置；根据加权有向图G= (V, S)计算各条链路的权重的装置；根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态的装置；根据设定的休眠调度制度开始下一轮休眠调度的装置。【附图说明】图1为能量获取传感器网络的图论模型。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述。1.技术方案描述:(I)在能量获取传感器网络中，节点获取能量的时刻不同，而且所获取的能量值也不同。设传感器网络中有N个节点，记为Ix1，…，xN}。第η个节点\的初始能量记为En，Q(焦)。在时刻tna (1=1，…，L), xn从外界获取能量En,I (焦)(为表述方便,这里设所有节点获取能量的时刻相同)。在每轮休眠调度开始的时刻，根据节点Xn的初始能量和从外界获取的能量可以计算得到它的剩余能量εη (焦)。(2)传感器节点采集的数据以多跳方式发送到融合中心，链路的形成和采用的多跳路由协议有关。构造加权有向图G= (V，S)，其中V是传感器节点的集合，S是传感器节点之间链路的集合。仅考虑节点通信的能耗，因为感知、计算的能耗通常要小很多。设两个节点Xi和Xj之间存在一条链路，这条链路的权重λ Jj和Xi的剩余能量ε j (焦)、Xi和Xj之间的距离Clij (米)以及\和\之间的信道系数Iiij有关，表示为Aij=Mei, CluIlij),其中= 是一个确定的函数，V是个常数。函数f(.)囊括了剩余能量、通信距 dij离和信道系数等关键参数，而且满足以下条件:剩余能量越多，权重越大；距离越远，信道状况越差，权重越小。由于节点从外界获取能量，链路权重的值是动态变化的。(3)依据图论的着色理论进行能量获取传感器网络的节点休眠调度。当多个节点X1,…，Xi同时有链路到达Xj时，依据这些链路的权重值对节点X1,…，Xi进行着色。权重值最大的节点最先被着色，然后权重值第二大的节点被着色，依此类推。当观测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不被着色，进入休眠状态。到下一轮休眠调度开始时，重新构造加权有向图并且生成链路权重，然后依据图论的着色理论进行节点休眠调度，直到传感器网络不能满足区域覆盖要求为止。2.用具体参数描述:设传感器网络中有5个节点X1,…，X5同时有链路到达节点X6。它们的初始能量都是1J，即E1J=E2J=E3J=E4J=E5J=E6J=U在时刻tn，1; X1,…，X6分别从外界获取能量0.1J,0.2J，0.3J，0.4J，0.5J，0.6J。休眠调度开始前，X1,…，X6的剩余能量分别是1.1J，1.2J，1.3J，1.4J，1.5J，1.6J。设 X1,...，X5 到 X6 的距离分别是 lm, 1.5m，2m，2.5m，3m。信道系数服从均值为O、方差为I的复高斯分布。设|h16|2=|h26|2=|h36|2=|h46|2=|h56|2=0.5。链路权重为其中v=2。由此得到对应链路权重从大到小排序的节点，为Χι，…，Xs。休眠d'v调度开始时，先对X1进行着色，再依次对x2，X3, X4进行着色。如果这四个节点完全覆盖观测区域，那么X5将进入休眠状态。下一轮休眠调度开始时，根据新获取的能量和第一轮工作周期结束时的剩余能量重新计算节点的剩余能量，然后重新生成Xl，-,X5的链路权重并且依据着色理论找出休眠节点。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，包括：在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V,S)；根据加权有向图G=(V,S)计算各条链路的权重；根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态；其中：V是传感器节点的集合，S是传感器节点之间链路的集合。
【技术特征摘要】
1.一种基于图论的能量获取传感器网络节点休眠调度方法，包括: 在监测区域内构造能量获取传感器网络的加权有向图G=(V，S)； 根据加权有向图G= (V，S)计算各条链路的权重； 根据各条链路的权重值对组成链路的节点进行着色，着色顺序按照各条链路的权重值大小依次进行，当监测区域被已经着色的节点完全覆盖时，剩余的节点不进行着色，不被着色的节点进入休眠状态； 其中:V是传感器节点的集合，S是传感器节点之间链路的集合。2.根据权利要求1所述的休眠调度方法，其中所述的链路权重由下式获得: 3.根据权利要求1或2所述的休眠调度方法，还包括:根据设定的休眠调度制度开始下一轮休眠调度。4.根据权利要求3所述的休眠调度方法，其中所述的休眠...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏滨，赵峰，李思敏，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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