專利名稱：無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體涉及一種無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生 存期優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
無線體域網(wǎng)(WBAN)是一種新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，主要是指將各種傳感器置于 身體各部位的用于監(jiān)測(cè)人體身體狀況的網(wǎng)絡(luò)。目前，WBAN在我們的日常生活、醫(yī)療、 娛樂、軍事、航空等領(lǐng)域己有很多重要的應(yīng)用。WBAN節(jié)點(diǎn)能量由電池供電，能量受 到限制，因此如何延長WBAN網(wǎng)絡(luò)生存期成為研究重點(diǎn)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)能量受到限制，如何延長網(wǎng)絡(luò)生存期一直是研究的重 點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)生存期是指網(wǎng)絡(luò)內(nèi)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間。傳感器網(wǎng)絡(luò)生存期研究可以分 為兩個(gè)層次1、單個(gè)節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間；2、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能量消耗的平衡。單個(gè)節(jié)點(diǎn) 的能量消耗可以分為兩個(gè)部分:有效消耗(如發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，處理查詢請(qǐng)求和轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)等)和無效消耗(如不斷的監(jiān)聽周圍環(huán)境，重傳丟失的數(shù)據(jù)等)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能 量消耗的平衡主要是指對(duì)于某個(gè)網(wǎng)絡(luò)來說，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的死亡時(shí)間決定了 網(wǎng)絡(luò)生存期，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的能量消耗的平衡性決定了網(wǎng)絡(luò)生存期的長短。
因此，設(shè)計(jì)高效節(jié)能的通信協(xié)議使傳感器節(jié)點(diǎn)盡可能長時(shí)間地工作和設(shè)計(jì)合理 可靠的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信量均衡，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中延 長網(wǎng)絡(luò)生存期的主要方法。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利申請(qǐng)?zhí)朥S2007058664，記載了一種采用 分布式路由技術(shù)來減小無線傳感網(wǎng)絡(luò)能量消耗的方法；中國專利申請(qǐng)?zhí)?200710052464，記載了一種采用一種基于D-S算法的延長傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方 法；美國專利申請(qǐng)?zhí)朥S7277414，記載了一種采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、路由技術(shù)、傳感器 節(jié)點(diǎn)的能量管理技術(shù)以延長網(wǎng)絡(luò)生存期；美國專利申請(qǐng)?zhí)朥S7447526，記載了一種采 用兩種能量消耗模式(能量節(jié)省模式、數(shù)據(jù)發(fā)送/接受模式)轉(zhuǎn)變來節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量消 耗；但是已有的理論和技術(shù)未能考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于人體所出現(xiàn)的新的情況。
5具體情況如下在WBAN應(yīng)用于人體醫(yī)療監(jiān)護(hù)檢測(cè)方面，對(duì)于某具體的WBAN，醫(yī) 學(xué)上有時(shí)需要利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性地檢測(cè)某項(xiàng)人體生理數(shù)據(jù)；臨時(shí)節(jié)點(diǎn)在 規(guī)定的時(shí)間內(nèi)加入網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行某項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)；任務(wù)完成后，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)，此時(shí) 可能還有相對(duì)豐富的能量尚未用完。已有技術(shù)未能考慮到以上所述新的情況，即未 能從充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量方面出發(fā)延長網(wǎng)絡(luò)生存期。
經(jīng)過檢索，未發(fā)現(xiàn)利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)平衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能量消耗情況的無線體域網(wǎng)延 長網(wǎng)絡(luò)生存期方法相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化 方法，從利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)富余能量角度出發(fā)，通過充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)富余能量，平衡 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存期。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟
第一步、設(shè)定臨時(shí)節(jié)點(diǎn)類型、采集數(shù)據(jù)類型、采集數(shù)據(jù)速率、臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置以 及在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)工作的時(shí)間。
所述的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)類型是指安裝于人體體表或體內(nèi)以采集生理數(shù)據(jù)的傳感器類型。
所述的采集數(shù)據(jù)類型是指醫(yī)療或其他方面應(yīng)用時(shí)所需臨時(shí)節(jié)點(diǎn)采集的人體生 理數(shù)據(jù)類型。
所述的采集數(shù)據(jù)速率是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)采集所需生理數(shù)據(jù)的速率。 所述的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位于人體表面的坐標(biāo)。
所述的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)工作時(shí)間是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)采集所 需生理數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。
第二步、將臨時(shí)節(jié)點(diǎn)安置于確定好的位置，啟動(dòng)該臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行初始化。
所述的初始化包括以下步驟
1) 啟動(dòng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)并使之處于空閑狀態(tài)，并將其位置和第一步所述的工作時(shí)間
傳送給sin^節(jié)點(diǎn)；
2) sinA:節(jié)點(diǎn)根據(jù)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置分配給臨時(shí)節(jié)點(diǎn)一個(gè)MAC地址。 所述的sinA:節(jié)點(diǎn)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用來接收其他節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)的中心節(jié)點(diǎn)。
第三步、分別計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)可以具有鏈路的子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)，并將父節(jié)點(diǎn)和 子節(jié)點(diǎn)以及臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的地址信息寫入各自的路由表。
所述的子節(jié)點(diǎn)是指可以向臨時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)； 所述的父節(jié)點(diǎn)是指可以接收臨時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。 所述的計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)具有鏈路的子節(jié)點(diǎn)方法如下
根據(jù)子節(jié)點(diǎn)量化公式4 = "|《，sint 2《sint， A: e TV,};
其中7V,={y|《，Si }， 4為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，W,為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，
《,為節(jié)點(diǎn)^與節(jié)點(diǎn)7之間的距離，及為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的通信半徑，《^為節(jié)點(diǎn)A與sinA 節(jié)點(diǎn)之間的距離，《 為節(jié)點(diǎn)/與sint節(jié)點(diǎn)之間的距離。
所述的計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)具有鏈路的父節(jié)點(diǎn)方式如下
根據(jù)父節(jié)點(diǎn)量化公式S ={+Mm"《s,nt,"7V,};
其中w,={/|《ys; }， s,為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，4為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，iV,
為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，《,為節(jié)點(diǎn)/與節(jié)點(diǎn)_/之間的距離，及為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的通信半
徑，《一為節(jié)點(diǎn)it與sinA:節(jié)點(diǎn)之間的距離，《^為節(jié)點(diǎn)/與si"節(jié)點(diǎn)之間的距離。
第四步、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值，并用計(jì)算出來的各節(jié)點(diǎn)之間 的數(shù)據(jù)流量值更新到各節(jié)點(diǎn)的路由表。
所述的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值是指在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作的時(shí)間能夠達(dá)到步驟一
所述的持續(xù)工作時(shí)間的情況下，能夠最大程度地延長網(wǎng)絡(luò)生存期的各節(jié)點(diǎn)之間的最 優(yōu)數(shù)據(jù)流量值。
所述的網(wǎng)絡(luò)生存期是指網(wǎng)絡(luò)從啟動(dòng)工作至第一個(gè)非臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)死亡 的時(shí)間，根據(jù)充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量的思想，在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間能夠 達(dá)到步驟一所述的持續(xù)工作時(shí)間，最大程度平衡節(jié)點(diǎn)間的通信數(shù)據(jù)流量，進(jìn)而平衡 節(jié)點(diǎn)間能量消耗，從而最大程度地延長網(wǎng)絡(luò)生存期的節(jié)點(diǎn)間通信的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量 值。
所述的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值通過以下模型采用分布式算法求出<formula>formula see original document page 8</formula>附
其中7X0 = ;+^^， ^a(。為在網(wǎng)絡(luò)流量r下的網(wǎng)絡(luò)生存期，r為網(wǎng)絡(luò)
流量r是所有節(jié)點(diǎn)間流量^的集合，^為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需要在網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)工作時(shí)間， 是節(jié)點(diǎn)z'發(fā)送給節(jié)點(diǎn)7'的單位時(shí)間內(nèi)的流量，g'是節(jié)點(diǎn)z'單位時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)量，V 為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，w為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，"'為節(jié)點(diǎn)z'在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)加入前和離開后的單 位功耗，7'為節(jié)點(diǎn)z'在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)期間的單位功耗，《為節(jié)點(diǎn)Z'初始能量，T("為節(jié)
點(diǎn)i存活時(shí)間。
第五步、各節(jié)點(diǎn)按照更新的路由表將采集的數(shù)據(jù)通過多跳的方式傳送給sin^節(jié)
點(diǎn)，sin^節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)采用融合與分類處理，獲得最終所需數(shù)據(jù)，并將該最
終所需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于sin&節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器中，當(dāng)sin^節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)滿后，sinA節(jié)點(diǎn)通
過無線網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)連接，將存儲(chǔ)器中的最終所需數(shù)據(jù)傳送至信息中心。
第六步、當(dāng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間達(dá)到步驟一所述的工作時(shí)間時(shí)，sin^節(jié)點(diǎn)發(fā)出
控制信息給臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，使之處于關(guān)閉狀態(tài)并停止工作，網(wǎng)絡(luò)的路由表和節(jié)點(diǎn)間的數(shù) 據(jù)流量值恢復(fù)優(yōu)化計(jì)算前的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)按照恢復(fù)的路由表和數(shù)據(jù)流量值繼續(xù)工作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量，通過臨時(shí)節(jié)點(diǎn)平衡網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存期。


圖l為本發(fā)明流程圖。 圖2為實(shí)施例示例圖。 ' 圖3為實(shí)施例優(yōu)化后示意圖。圖4為實(shí)施例仿真圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn) 行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。
如圖2所示，本實(shí)施例的運(yùn)行環(huán)境如下
在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)己正常工作一段時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有一
個(gè)MAC地址，如圖中節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為l、 2、 3，...,21，作為各個(gè)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別標(biāo)志。 除了sinA:節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有規(guī)律的采集人體生理數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)本地寄存器中存
有自己的路由表(父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn))和與其鄰居節(jié)點(diǎn)間(父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn))通信數(shù) 據(jù)流量信息，具體如下表所示
節(jié)點(diǎn)編號(hào)自身采集數(shù)據(jù)子節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)流量父節(jié)點(diǎn)編號(hào)流量
81000b/ssin t3000b/s
7500b/s9800b/s
2700b/s
例如節(jié)點(diǎn)7接收子節(jié)點(diǎn)8、 9、 2的數(shù)據(jù)，傳輸給其父節(jié)點(diǎn)(sinA:節(jié)點(diǎn))。網(wǎng)絡(luò) 正是在這樣的狀態(tài)工作下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收子節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并傳送給父節(jié)點(diǎn)， 通過多跳地方式，最終傳輸給sin^節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)3采集的數(shù)據(jù)，通過多跳地方式， 經(jīng)過節(jié)點(diǎn)6、 l轉(zhuǎn)發(fā)，最終傳輸?shù)絪inA:節(jié)點(diǎn)。sinA節(jié)點(diǎn)將接收到的信息，進(jìn)行融合 與分類處理，得到最終所需信息，并將其存儲(chǔ)于自身存儲(chǔ)器中。通過無線網(wǎng)關(guān)與互 聯(lián)網(wǎng)連接，當(dāng)存儲(chǔ)器空間滿時(shí)，sin^節(jié)點(diǎn)將存儲(chǔ)器內(nèi)的信息傳送至信息中心。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有剩余能量B,，/e1,2,...,21，其單位功耗主要由三部分構(gòu)成采集數(shù)
據(jù)功耗、接收數(shù)據(jù)功耗和發(fā)送數(shù)據(jù)功耗，可以量化為 ， (其中e'是節(jié)點(diǎn)采集單位數(shù)據(jù)能量消耗，"w是節(jié)點(diǎn)z'發(fā)送給節(jié)點(diǎn)■/單位數(shù)據(jù)能量 消耗，v"是節(jié)點(diǎn)7接收節(jié)點(diǎn)z-單位數(shù)據(jù)能量消耗。)
9如圖1所示，本實(shí)施例包括以下步驟
第一步、臨時(shí)節(jié)點(diǎn)附加入網(wǎng)絡(luò)前，首先根據(jù)具體的應(yīng)用需要，設(shè)定并記錄所需 臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的類型、采集數(shù)據(jù)的類型、臨時(shí)節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)的位置以及需持續(xù)工作的時(shí)
間r0 。
第二步、將臨時(shí)節(jié)點(diǎn)安置于確定好的位置，啟動(dòng)該臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行初始化，其
中它會(huì)和其他節(jié)點(diǎn)一樣被分配到一個(gè)MAC地址，以便于節(jié)點(diǎn)之間的區(qū)分。
第三步、如圖3所示，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)初始化結(jié)束后，根據(jù)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)m位置以及傳輸 半徑i ，可計(jì)算其父節(jié)點(diǎn)(1、 10和17)、子節(jié)點(diǎn)(4、 6、 7、 8和9)，并更新臨時(shí) 節(jié)點(diǎn)和其父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)各自的本地寄存器路由表中的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)信息。
計(jì)算臨時(shí)節(jié)點(diǎn)父節(jié)點(diǎn)的方法可以量化為S,=^|《sintS《,sin,,*eiVm}，其中
計(jì)算臨時(shí)節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)的方法可以量化為- 4 ={咖—^《一,"1}，其中
第四步、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值，并用計(jì)算出來的各節(jié)點(diǎn)之間 的數(shù)據(jù)流量值更新到各節(jié)點(diǎn)的路由表。在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作的時(shí)間能夠達(dá)到步 驟一所述的持續(xù)工作時(shí)間的情況下，能夠最大程度地延長網(wǎng)絡(luò)生存期的各節(jié)點(diǎn)之間
的最優(yōu)數(shù)據(jù)流量值，該優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值通過以下方式計(jì)算得到
根據(jù)充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量的思想，在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)完成自身的任務(wù)前 提下，平衡節(jié)點(diǎn)間的通信數(shù)據(jù)流量，進(jìn)而平衡節(jié)點(diǎn)間能量消耗，從而整體上延長網(wǎng) 絡(luò)生存時(shí)間。各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信數(shù)據(jù)流量確認(rèn)后，利用所求出的流量值更新各個(gè)節(jié)點(diǎn) 與其父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)之間的流量值。
計(jì)算優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值的方法可以量化為由下列模型采用分布式算法求出
<formula>formula see original document page 10</formula>(X Cw W,)K十(7^, —KM ^萬,"e c/U附 其中t^)-t; + "'70 ， ^s'(")為在網(wǎng)絡(luò)流量r下的網(wǎng)絡(luò)生存期，r為網(wǎng)絡(luò)
流量r是所有節(jié)點(diǎn)間流量"w的集合，^為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需要在網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)工作時(shí)間，"w 是節(jié)點(diǎn)z'發(fā)送給節(jié)點(diǎn)7'的單位時(shí)間內(nèi)的流量，g'是節(jié)點(diǎn)z'單位時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)量，U
為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，M為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，w'為節(jié)點(diǎn)z'在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)加入前和離開后的單
位功耗，R為節(jié)點(diǎn)z'在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)期間的單位功耗，A為節(jié)點(diǎn)Z'初始能量，T(")為節(jié)
點(diǎn)z'存活時(shí)間。
第五步、如圖3所示，各節(jié)點(diǎn)按照更新的路由表將采集的數(shù)據(jù)通過多跳的方式 傳送給siia節(jié)點(diǎn)，sinA:節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)采用融合與分類處理，獲得最終所需數(shù)
據(jù)，并將該最終所需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于sin^節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器中。通過無線網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)連接， 當(dāng)sinA:節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器滿時(shí)，siia節(jié)點(diǎn)將存儲(chǔ)器中的最終所需數(shù)據(jù)傳送至信息中心。
第六步、當(dāng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間達(dá)到工作時(shí)間r。時(shí)，sinA:節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制信息給
臨時(shí)節(jié)點(diǎn)w，使之處于關(guān)閉狀態(tài)并停止工作，網(wǎng)絡(luò)的路由表和節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流量值 恢復(fù)優(yōu)化計(jì)算前的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)按照恢復(fù)的路由表和數(shù)據(jù)流量值繼續(xù)工作，如圖2所 示。
如圖2， 22個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)多跳無線體域網(wǎng)，其中21個(gè)普通節(jié)點(diǎn)，1個(gè) sin&節(jié)點(diǎn)；除sin^節(jié)點(diǎn)外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同剩余能量，單位時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)量相 同；
如圖3，在原先圖2所示情況下，有一個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)w加入網(wǎng)絡(luò)；臨時(shí)節(jié)點(diǎn)所處 的位置如圖所示，其初始能量與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)剩余能量相同，采集數(shù)據(jù)量也與其
他節(jié)點(diǎn)一樣；臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的工作時(shí)間為^ ()。
以上網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果如圖4所示，圖中所示結(jié)果已經(jīng)歸一化處理(以臨時(shí)節(jié)點(diǎn)未
11加入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)生存期為標(biāo)準(zhǔn))，優(yōu)化后的生存期與優(yōu)化前相比已得到很大改善；
另外，可以觀察到隨著^ (以臨時(shí)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作可以存活的最長時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了 歸一化處理)的變化，網(wǎng)絡(luò)生存期的改善情況也不一樣，說明生存期的改善程度與
臨時(shí)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作的時(shí)間^有密切的關(guān)系。
權(quán)利要求
1、一種無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、設(shè)定臨時(shí)節(jié)點(diǎn)類型、采集數(shù)據(jù)類型、采集數(shù)據(jù)速率、臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置以及在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)工作的時(shí)間；第二步、將臨時(shí)節(jié)點(diǎn)安置于確定好的位置，啟動(dòng)該臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行初始化，即1)啟動(dòng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)并使之處于空閑狀態(tài)，并將其位置和工作時(shí)間傳送給sin k節(jié)點(diǎn)；2)sin k節(jié)點(diǎn)根據(jù)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置分配給臨時(shí)節(jié)點(diǎn)一個(gè)MAC地址；第三步、分別計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)可以具有鏈路的子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)，并將父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)以及臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的地址信息寫入各自的路由表；第四步、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值，并用計(jì)算出來的各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流量值更新到各節(jié)點(diǎn)的路由表；第五步、各節(jié)點(diǎn)按照更新的路由表將采集的數(shù)據(jù)通過多跳的方式傳送給sin k節(jié)點(diǎn)，sin k節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)采用融合與分類處理，獲得最終所需數(shù)據(jù)，并將該最終所需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于sin k節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器中，當(dāng)sin k節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)滿后，sin k節(jié)點(diǎn)通過無線網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)連接，將存儲(chǔ)器中的最終所需數(shù)據(jù)傳送至信息中心；第六步、當(dāng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間達(dá)到步驟一所述的工作時(shí)間時(shí)，sin k節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制信息給臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，使之處于關(guān)閉狀態(tài)并停止工作，網(wǎng)絡(luò)的路由表和節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流量值恢復(fù)優(yōu)化計(jì)算前的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)按照恢復(fù)的路由表和數(shù)據(jù)流量值繼續(xù)工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 一步中所述的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)類型是指安裝于人體體表或體內(nèi)以采集生理數(shù)據(jù)的傳感器 類型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 一步中所述的采集數(shù)據(jù)類型是指醫(yī)療或其他方面應(yīng)用時(shí)所需臨時(shí)節(jié)點(diǎn)采集的人體 生理數(shù)據(jù)類型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 一步中所述的采集數(shù)據(jù)速率是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)采集所需生理數(shù)據(jù)的速率；所述的臨時(shí) 節(jié)點(diǎn)位置是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位于人體表面的坐標(biāo)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 一步中所述的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)工作時(shí)間是指臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)采集 所需生理數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第二步中所述的sint節(jié)點(diǎn)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用來接收其他節(jié)點(diǎn)釆集的數(shù)據(jù)的 中心節(jié)點(diǎn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 三步中所述的節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)是指向臨時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)；父節(jié)點(diǎn)是指可 以接收臨時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)；所述的計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)具有鏈路的子節(jié)點(diǎn)方法如下根據(jù)子節(jié)點(diǎn)量化公式4 = ^一," ^};其中iv,={y|《，^i }， 4為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，W為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，《7為節(jié)點(diǎn)Z與節(jié)點(diǎn)_/之間的距離，i 為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的通信半徑，《,sint為節(jié)點(diǎn)A:與sin t節(jié)點(diǎn)之間的距離，《sint為節(jié)點(diǎn)z'與sin A:節(jié)點(diǎn)之間的距離；所述的計(jì)算與臨時(shí)節(jié)點(diǎn)具有鏈路的父節(jié)點(diǎn)方式如下 根據(jù)父節(jié)點(diǎn)量化公式S ={*|《sm^《sin^eiV,};其中iV,={_/|々Si }， S,為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，J,為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，TV,為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，《,為節(jié)點(diǎn)z'與節(jié)點(diǎn)/之間的距離，及為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的通信 半徑，《-為節(jié)點(diǎn)&與sinA:節(jié)點(diǎn)之間的距離，《^為節(jié)點(diǎn)!'與sint節(jié)點(diǎn)之間的距離。 -
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，其特征是，第 四步中所述的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值是指在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作的時(shí)間能夠達(dá)到步 驟一所述的持續(xù)工作時(shí)間的情況下，能夠最大程度地延長網(wǎng)絡(luò)生存期的各節(jié)點(diǎn)之 間的最優(yōu)數(shù)據(jù)流量值；所述的網(wǎng)絡(luò)生 期是指網(wǎng)絡(luò)從啟動(dòng)工作至第一個(gè)非臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間，根據(jù)充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量的思想，在保證臨時(shí)節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間能 夠達(dá)到步驟一所述的持續(xù)工作時(shí)間，最大程度平衡節(jié)點(diǎn)間的通信數(shù)據(jù)流量，進(jìn)而 平衡節(jié)點(diǎn)間能量消耗，從而最大程度地延長網(wǎng)絡(luò)生存期的節(jié)點(diǎn)間通信的優(yōu)化數(shù)據(jù) 流量值；所述的優(yōu)化數(shù)據(jù)流量值通過以下模型采用分布式算法求出-。-g,，z'e"U附其中7;(,) = :r0 + "'ro ， ;"O0為在網(wǎng)絡(luò)流量r下的網(wǎng)絡(luò)生存期，r為網(wǎng)絡(luò)流量r是所有節(jié)點(diǎn)間流量""的集合，^為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)需要在網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)工作時(shí)間，"w是節(jié)點(diǎn)f發(fā)送給節(jié)點(diǎn)7'的單位時(shí)間內(nèi)的流量，g'是節(jié)點(diǎn)z'單位時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)量，u 為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，M為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，w'為節(jié)點(diǎn)/在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)加入前和離開后的單位功耗，"'為節(jié)點(diǎn)z'在臨時(shí)節(jié)點(diǎn)期間的單位功耗，A為節(jié)點(diǎn)f初始能量，T^)為節(jié)點(diǎn)z'存活時(shí)間。
全文摘要
一種無線體域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)生存期優(yōu)化方法，包括確定臨時(shí)節(jié)點(diǎn)類型、采集數(shù)據(jù)類型、采集數(shù)據(jù)速率、臨時(shí)節(jié)點(diǎn)位置以及在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持續(xù)工作的時(shí)間；進(jìn)行初始化；將父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)以及臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的地址信息寫入各自的路由表；用計(jì)算出來的各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流量值更新到各節(jié)點(diǎn)的路由表；將存儲(chǔ)器中的最終所需數(shù)據(jù)傳送至信息中心；當(dāng)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間達(dá)到步驟一所述的工作時(shí)間時(shí)，sin k節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制信息給臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，使之處于關(guān)閉狀態(tài)并停止工作，網(wǎng)絡(luò)的路由表和節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流量值恢復(fù)優(yōu)化計(jì)算前的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)按照恢復(fù)的路由表和數(shù)據(jù)流量值繼續(xù)工作。本發(fā)明充分利用臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的富余能量，通過臨時(shí)節(jié)點(diǎn)平衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存期。
文檔編號(hào)H04W28/10GK101631361SQ20091005632
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者靜 劉, 劉漢春, 甘小鶯, 志 聶, 良 錢 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)