基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法，特別是一種基于熱點區(qū)域的井 下節(jié)點節(jié)能方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在煤礦井下的礦工尤其是某些區(qū)域的礦工并不是均勻分布于該區(qū)域的任何 位置，而是在一段時間內(nèi)覆蓋區(qū)域存在著熱點區(qū)域和非熱點區(qū)域，熱點區(qū)域為當(dāng)前礦工聚 集的區(qū)域，非熱點區(qū)域為礦工在當(dāng)前時間分布很少甚至沒有人員的區(qū)域，對非熱點區(qū)域傳 感器節(jié)點也會持續(xù)監(jiān)控，持續(xù)監(jiān)控的傳感器節(jié)點仍然需要通電工作，不但浪費了電源，還縮 短了網(wǎng)絡(luò)的生存時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是要提供一種基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法，解決現(xiàn)有非熱點 區(qū)域傳感器持續(xù)監(jiān)控的傳感器節(jié)點仍然需要通電工作，不但浪費了電源，還縮短了網(wǎng)絡(luò)的 生存時間的問題。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法：通過對井下熱 點區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，確定在時段中的熱點區(qū)域，并對熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行統(tǒng)計，使用馬爾 可夫過程計算出各熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率，通過節(jié)能方法，實現(xiàn)熱點區(qū)域節(jié)點打開，非熱 點區(qū)域節(jié)點關(guān)閉的控制；
[0005] 熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移采用馬爾可夫過程進(jìn)行描述，通過統(tǒng)計井下一塊區(qū)域的熱點區(qū)域轉(zhuǎn) 移情況，得到轉(zhuǎn)移概率；
[0006] 馬爾可夫過程的井下節(jié)點節(jié)能方法為：
[0007] 步驟1、時間I；觀測當(dāng)前熱點區(qū)域，得出下一節(jié)點31 (0);
[0008] 步驟2、時間7Td計算31 (1)通過對比選擇概率最大，最大的一個或者N個的熱點 區(qū)域，打開備選熱點區(qū)域的傳感器節(jié)點；
[0009] 步驟3、7Trt無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)熱點區(qū)域，其他備選區(qū)域傳感器節(jié)點保持 連通性要求下關(guān)閉多余節(jié)點；
[0010] 步驟4、重復(fù)步驟1。
[0011] 馬爾可夫鏈模型中存在狀態(tài)空間，在優(yōu)化方法中，將熱點區(qū)域作為一個狀態(tài)，因此 熱點區(qū)域的集合即為一個狀態(tài)空間；假設(shè)在一定區(qū)域內(nèi)存在三個熱點區(qū)域可以表示為S= {A，B，C}，狀態(tài)之間存在著轉(zhuǎn)移；
[0012] 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為
[0013]
[0014] 當(dāng)在Tk時A區(qū)域稱為熱點區(qū)域時，下一個時段Tk+1可能的區(qū)域為S= {A，B，C}中 的一個；預(yù)測下一個熱點區(qū)域的方式為計算各個轉(zhuǎn)移的概率；
[0015] 向量31 (〇) = [1，0,0]，下一熱點區(qū)域的概率為31⑴=[PmJa^Pac]通過對比 Pm，Pab，PA。的大小關(guān)系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區(qū)域；根據(jù)馬爾可夫 鏈預(yù)測算法，對井下無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋進(jìn)行優(yōu)化。
[0016] 有益效果，由于采用了上述方案，非熱點區(qū)域為礦工在當(dāng)前時間分布很少甚至沒 有人員的區(qū)域，熱點區(qū)域的多媒體傳感器節(jié)點需要重點監(jiān)控，而非熱點區(qū)域的節(jié)點可以在 保持連通性的前提下部分關(guān)閉，對井下非熱點區(qū)域的監(jiān)控將浪費節(jié)點的能量，通過對熱點 區(qū)域序列的發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉非熱點區(qū)域的節(jié)點，節(jié)省無線傳感器節(jié)點能量，提高井下無線多媒體 網(wǎng)絡(luò)的生存時長，通過對井下熱點區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，確定在時段中的熱點區(qū)域，并對熱點區(qū)域 之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行統(tǒng)計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率，通過節(jié)能方 法，實現(xiàn)熱點區(qū)域節(jié)點打開，非熱點區(qū)域節(jié)點關(guān)閉的控制。
[0017] 優(yōu)點：非熱點區(qū)域傳感器持續(xù)監(jiān)控的傳感器節(jié)點不需要通電工作，節(jié)省了電源，縮 短了網(wǎng)絡(luò)生存時間。
【附圖說明】：
[0018] 圖1為本發(fā)明的熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的三個熱點區(qū)域之間存在轉(zhuǎn)移狀態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0020] 實施例1 :基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法：通過對井下熱點區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，確 定在時段中的熱點區(qū)域，并對熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行統(tǒng)計，使用馬爾可夫過程計算出各 熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率，通過節(jié)能方法，實現(xiàn)熱點區(qū)域節(jié)點打開，非熱點區(qū)域節(jié)點關(guān)閉的 控制；熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移采用馬爾可夫過程進(jìn)行描述，通過統(tǒng)計井下一塊區(qū)域的熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移 情況，得到轉(zhuǎn)移概率；
[0021] 馬爾可夫過程的井下節(jié)點節(jié)能方法為：
[0022] 步驟1、時間I；觀測當(dāng)前熱點區(qū)域，得出下一節(jié)點31 (0);
[0023] 步驟2、時間JTH十算Ji⑴通過對比選擇概率最大，對比選擇概率最大的一 1個 或者N個的熱點區(qū)域的熱點區(qū)域，打開備選熱點區(qū)域的傳感器節(jié)點；
[0024] 步驟3、rr^線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)熱點區(qū)域，其他備選區(qū)域傳感器節(jié)點保持 連通性要求下關(guān)閉多余節(jié)點；
[0025] 步驟4、重復(fù)步驟1。
[0026] 馬爾可夫鏈模型中存在狀態(tài)空間，在優(yōu)化方法中，將熱點區(qū)域作為一個狀態(tài)，因此 熱點區(qū)域的集合即為一個狀態(tài)空間；假設(shè)在一定區(qū)域內(nèi)存在三個熱點區(qū)域可以表示為S= {A，B，C}，狀態(tài)之間存在著轉(zhuǎn)移的如圖2所示；
[0027] 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為
[0028]
[0029] 當(dāng)在Tk時A區(qū)域稱為熱點區(qū)域時，下一個時段Tk+1可能的區(qū)域為S= {A，B，C}中 的一個。預(yù)測下一個熱點區(qū)域的方式為計算各個轉(zhuǎn)移的概率。
[0030] 向量(0) = [1，0,0]，下一熱點區(qū)域的概率為⑴=[P^P^Pac]通過對比 Pm，Pab，Pa。的大小關(guān)系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區(qū)域。根據(jù)馬爾可夫 鏈預(yù)測算法，對井下無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋進(jìn)行優(yōu)化。
[0031] 圖1中，為熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移圖。圖中，1、為第1個熱點區(qū)域；2、為第2個熱點區(qū)域；3、 為第3個熱點區(qū)域；4、為同一時間處于同一地點的礦工。
[0032] 熱點區(qū)域轉(zhuǎn)換圖
[0033] 其中轉(zhuǎn)移概率可以使用矩陣P表示
[0034]
【主權(quán)項】
1. 一種基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法，其特征是：基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能 方法：通過對井下熱點區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，確定在時段中的熱點區(qū)域，并對熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換 進(jìn)行統(tǒng)計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率，通過節(jié)能方法，實現(xiàn)熱點 區(qū)域節(jié)點打開，非熱點區(qū)域節(jié)點關(guān)閉的控制； 熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移采用馬爾可夫過程進(jìn)行描述，通過統(tǒng)計井下一塊區(qū)域的熱點區(qū)域轉(zhuǎn)移情 況，得到轉(zhuǎn)移概率； 馬爾可夫過程的井下節(jié)點節(jié)能方法為： 步驟1、時間Ttl觀測當(dāng)前熱點區(qū)域，得出下一節(jié)點31 (〇); 步驟2、時間TtTH十算π (1)通過對比選擇概率最大的一 1個或者N個的熱點區(qū)域，打 開備選熱點區(qū)域的傳感器節(jié)點； 步驟3、ITrt無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)熱點區(qū)域，其他備選區(qū)域傳感器節(jié)點保持連通 性要求下關(guān)閉多余節(jié)點； 步驟4、重復(fù)步驟1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法，其特征是：馬爾可 夫鏈模型中存在狀態(tài)空間，在優(yōu)化方法中，將熱點區(qū)域作為一個狀態(tài)，因此熱點區(qū)域的集合 即為一個狀態(tài)空間；假設(shè)在一定區(qū)域內(nèi)存在三個熱點區(qū)域可以表示為S = {A，B，C}，狀態(tài)之 間存在著轉(zhuǎn)移； 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為當(dāng)在Tk時A區(qū)域稱為熱點區(qū)域時，下一個時段T k+1可能的區(qū)域為S= {A，B，C}中的一 個；預(yù)測下一個熱點區(qū)域的方式為計算各個轉(zhuǎn)移的概率； 向量π (ο) = [1，〇,〇]，下一熱點區(qū)域的概率為π⑴=[pM，pAB，pAC]通過對比p AA，pAB， Pa。的大小關(guān)系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區(qū)域；根據(jù)馬爾可夫鏈預(yù)測 算法，對井下無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋進(jìn)行優(yōu)化。
【專利摘要】一種基于熱點區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法，屬于井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法?；跓狳c區(qū)域的井下節(jié)點節(jié)能方法：通過對井下熱點區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，確定在時段中的熱點區(qū)域，并對熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行統(tǒng)計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率，通過節(jié)能方法，實現(xiàn)熱點區(qū)域節(jié)點打開，非熱點區(qū)域節(jié)點關(guān)閉的控制。非熱點區(qū)域為礦工在當(dāng)前時間分布很少甚至沒有人員的區(qū)域，熱點區(qū)域的多媒體傳感器節(jié)點需要重點監(jiān)控，而非熱點區(qū)域的節(jié)點可以在保持連通性的前提下部分關(guān)閉，對井下非熱點區(qū)域的監(jiān)控將浪費節(jié)點的能量，通過對熱點區(qū)域序列的發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉非熱點區(qū)域的節(jié)點，節(jié)省無線傳感器節(jié)點能量，提高井下無線多媒體網(wǎng)絡(luò)的生存時長。
【IPC分類】H04W16/22, H04W52/02
【公開號】CN104883698
【申請?zhí)枴緾N201510254316
【發(fā)明人】陳偉, 周軍娜, 唐志博, 李鳴, 王珂
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月18日