基于最小密度束的降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于密度束的降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法，用于解決由自身所攜電能有限的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡的電能消耗問題，屬于無線傳感器網(wǎng)絡控制【技術領域】。通過對無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構進行控制，使整個無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間內保持連通狀態(tài)的同時，將處于活躍狀態(tài)的傳感器節(jié)點減到最少，使得在該時間范圍內網(wǎng)絡整體耗電量最小。本方法尤其適用于大規(guī)模、自組織、隨機部署、環(huán)境復雜以及網(wǎng)絡連接狀態(tài)可預測的或者網(wǎng)絡連接呈周期性變化的無線傳感器網(wǎng)絡。
【專利說明】基于最小密度束的降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡控制【技術領域】，具體涉及無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制方法，用于減少整個無線傳感器網(wǎng)絡的電能消耗。
【背景技術】
[0002]目前，在無線傳感器網(wǎng)絡中，普遍使用不可自生電力的電池為網(wǎng)絡傳感器節(jié)點提供信號傳輸和接收所需的能量。對于由帶電量有限的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡而言，一些處于網(wǎng)絡主干上的傳感器節(jié)點會很快用盡自身電量，進而可能從整個網(wǎng)絡中脫離出去，導致整個網(wǎng)絡各個傳感器節(jié)點之間可能不再連接。在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點大量的電量消耗成為維護網(wǎng)絡連接的瓶頸問題。因此，如何控制無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構，從而降低整個網(wǎng)絡的電量消耗，成為該領域比較熱門的研究方向。
[0003]對于這類主要依靠傳感器節(jié)點自身攜帶電能維持工作的無線傳感器網(wǎng)絡，技術人員通常會忽視網(wǎng)絡自身的拓撲結構設計，或者隨機應用一些簡單的靜態(tài)拓撲方法。尚未見到一種有效的通過動態(tài)控制網(wǎng)絡拓撲結構來減少整個網(wǎng)絡電能消耗的方法。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決在自身所攜電能有限的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡的電能消耗問題，提出一種降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法。通過對無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構進行控制，使整個無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間內保持連通狀態(tài)的同時，將處于活躍狀態(tài)的傳感器節(jié)點減到最少，使得在該時間范圍內網(wǎng)絡整體耗電量最小。本方法尤其適用于大規(guī)模、自組織、隨機部署、環(huán)境復雜以及網(wǎng)絡連接狀態(tài)可預測的或者網(wǎng)絡連接周期性變化無線傳感器網(wǎng)絡。
[0005]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、獲取無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間范圍內連續(xù)時間段的工作狀態(tài)信息。所述工作狀態(tài)包括無線傳感器在各時間段內接收數(shù)據(jù)包所需消耗的電量、發(fā)送數(shù)據(jù)包所需消耗的電量，以及在各時間段內不同傳感器節(jié)點之間的通信關系。
[0007]步驟二、根據(jù)步驟一所獲得的工作狀態(tài)信息，建立起在規(guī)定時間范圍內該網(wǎng)絡的時空圖。
[0008]步驟三、對步驟二獲得的時空圖進行處理，獲得其子時空圖H。其中，子時空圖需要滿足以下要求:在規(guī)定時間范圍內，子時空圖中任意一個節(jié)點和其他所有節(jié)點至少存在一條有向路徑；同時，相較原始時空圖要減小總電量開銷。
[0009]步驟四、根據(jù)時空圖H對無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構進行設置，將子時空圖H中每個節(jié)點對應的實際網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點打開，從而在保證網(wǎng)絡正常工作的前提下最大程度減少整個網(wǎng)絡電能消耗。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明通過提出基于時空圖的網(wǎng)絡拓撲結構控制方法，對自身所攜電量有限的無線傳感器網(wǎng)絡進控制。通過動態(tài)的拓撲設計方法對時空圖進行控制，根據(jù)得到的拓撲結構來確定傳感器節(jié)點在指定時間段的開閉狀態(tài)。在滿足在規(guī)定時間范圍內網(wǎng)絡連通性的基礎上，盡可能地關閉更多數(shù)量的傳感器節(jié)點，從而優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結構，延長網(wǎng)絡的生存時間，顯著降低網(wǎng)絡電能開銷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為無線傳感器網(wǎng)絡在某一時間段的通信狀態(tài)。
[0013]圖2為無線傳感器網(wǎng)絡在四個不同時間段的通信狀態(tài)變化。
[0014]圖3為在整個時間范圍T (分為4個連續(xù)的時間段)內，一個數(shù)據(jù)包從節(jié)點V1傳送到節(jié)點V5所經(jīng)過的有向路徑(黑粗線表示)。
[0015]圖4為束的示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】中對時空圖4的處理流程示意圖。
[0017]圖6為GrdLDB，GrdLDB?在網(wǎng)絡節(jié)點選擇率上的性能體現(xiàn)。
[0018]圖7為GrdLDB，GrdLDB’在網(wǎng)絡電能效率上的性能體現(xiàn)。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步詳細說明。
[0020]一種降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法，能夠保證整個無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間內保持連通狀態(tài)，且在此時間范圍內，處于活躍狀態(tài)的傳感器節(jié)點最少，使得在該時間范圍內網(wǎng)絡整體耗電量最小。
[0021]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法的具體實現(xiàn)過程包括以下步驟:
[0022]步驟一、獲取無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間范圍內連續(xù)時間段的工作狀態(tài)信息。所述工作狀態(tài)信息包括傳感器節(jié)點在各時間段內接收數(shù)據(jù)包所需消耗的電量、發(fā)送數(shù)據(jù)包所需消耗的電量，以及在各時間段內不同傳感器節(jié)點之間的通信關系。
[0023]具體的，將所述規(guī)定時間范圍T劃分成連續(xù)時間段集合，T={1，? ? ?，〖}，其中七為整數(shù)，代表時間段；V= Iv1, ? ? ?，％}表示無線傳感器節(jié)點集合，n為整數(shù)。圖1表現(xiàn)了在時間段I (t=l)時某具體無線傳感器網(wǎng)絡中各傳感器節(jié)點的通信關系。圖2表現(xiàn)了某無線傳感器網(wǎng)絡在連續(xù)四個時間段(時間段1、2、3、4)內的不同通信狀態(tài)。
[0024]同時，對于在某一時間段t內無線傳感器網(wǎng)絡中任意一個傳感器節(jié)點V丨(i為整
數(shù),1≤i≤n), q,(v丨)表示該節(jié)點在該時間段內發(fā)送數(shù)據(jù)包所需消耗的電量；表示該節(jié)點在該時間段內接收數(shù)據(jù)包所需消耗的電量；
[0025]C{V\) =+即表示無線傳感器節(jié)點Vi在t時間段的耗電量即權值。
[0026]此外，還可以用關于在時空圖4中節(jié)點度外心來設置節(jié)點V丨的權值c(v丨):c {v{) ^ c{v\) Id(y\) , d(v;)=v;節(jié)點出度+1節(jié)點入度。C (V;)表示了節(jié)點V;在t時間段每個度的平均耗電量即權值。
[0027]步驟二、根據(jù)步驟一所獲得的工作狀態(tài)信息，建立起在規(guī)定時間范圍T內該網(wǎng)絡的時空圖。[0028]首先，令Gt = (Vt, Et)表示某時間段t內無線傳感器網(wǎng)絡的通信關系圖。其中，邊
【權利要求】
1.一種基于最小密度束的降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、獲取無線傳感器網(wǎng)絡在規(guī)定時間范圍內連續(xù)時間段的工作狀態(tài)信息；所述工作狀態(tài)信息包括傳感器節(jié)點在各時間段內接收數(shù)據(jù)包所需消耗的電量、發(fā)送數(shù)據(jù)包所需消耗的電量，以及在各時間段內不同傳感器節(jié)點之間的通信關系； 具體的，將所述規(guī)定時間范圍T劃分成連續(xù)時間段集合，
2.如權利要求1所述的一種基于貪心刪除的降低無線傳感器網(wǎng)絡電能消耗的方法，其特征在于，所述步驟一中，采用時空圖4中節(jié)點度外V,')來設置節(jié)點V丨的權值C(V():
【文檔編號】H04W84/18GK103501529SQ201310476472
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月13日 優(yōu)先權日:2013年10月13日
【發(fā)明者】李凡, 銀志圓, 王昱 申請人:北京理工大學