[发明专利]一种面向感知事件的无线传感器网络分层能耗平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的能耗节约方法，主要解决了感知事件驱动下密集布署的无线传感器网络能耗平衡问题，属于传感器网络技术和无线通信技术的交叉领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代计算机网络技术及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种先进技术，网络中的节点能够相互协作地进行实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在了一起，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。

无线传感器网络作为当今信息与计算机领域的一个全新的研究方向，综合了多种学科的前沿技术，现在已经受到学术界和工业界的广泛关注。包括美国国防部在内的很多科研机构和大学研究机构都已经纷纷投入了大量的研发力量和精力从事无线传感器网络软硬件系统的研究。在无线传感器网络硬件平台的实现方面，最具有代表性的就是Berkeley(伯克利)大学的Smart Dust(智能尘埃)实验室以及Crossbow公司的Mica系列节点的研制。

基于电池供电的传感器网络常常运行在火山地带、战区等人员无法接近的恶劣、甚至危险的远程环境之中，网络节点的电源更换或再充电等工作常常无法进行。而广泛分布于被测环境的传感器节点既要负责收集敏感数据，又要完成数据传输的路由等功能；同时，攻击者还可能会利用侵占节点向网络中注入大量的虚假数据包，致使节点在传输这些数据包时耗尽能量而失去效用。因此，网络节点电源的无法替换性使能量消耗问题相对于传感器网络的其他关键技术而言尤为重要；在不影响性能的前提下，设计有效的能量消耗控制策略成为传感器网络软硬件设计中的核心问题。

无线传感器网络中节点的能量消耗包括计算能力和通信能量。降低节点能量消耗或有效提高能量利用是无线传感器网络中一个非常关键的技术。较低节点的能量消耗就意味着延长网络的生存时间，执行更多地任务，所以无线传感器网络中的节点必须是低功耗的微系统。由于无线传感器网络对能量耗费要求的苛刻性使得无线传感器网络在设计时必需充分考虑能量问题。包括节能措施的跨层设计，有效的可再生能源，大规模、低功耗的集成电路的硬件实现等。

如何在无限传感器网络的传感器节点之中均衡能量消耗也是一个重要的问题。网络中由于角色，传感器节点执行的任务也不同，从而导致不同传感器节点消耗的能量也不同。消耗能量过大过快的节点容易由于能量耗尽而导致不能正常工作。使能量在传感器节点之间均衡的、高效的利用可以不仅增加网络的信息传输稳定度，也可以延长整个网络的生存时间。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种面向感知事件的无线传感器网络分层能耗平衡方法，该方法以网络布署环境内所发生的感知事件为依托，构建多个以簇头节点为中心的分层传感集合，并根据传感集合中各节点所在的层次、剩余能量以及集合中各传输链路的具体负载情况，开展相应的任务调度，以平衡各节点能量。同时，以基站节点为中心，建立传感集合之间的最优化数据传输路径，以进一步平衡全网能耗，延长网络生存期。

技术方案：本发明建立了一种分层的无线传感器网络能耗平衡解决方案，其基本的系统组成包括：

无线传感器网络：无线传感器节点的布署区域，同时也是感知事件的发生区域。本发明中的无线传感器网络为平面矩形区域。

无线传感器网络节点：该类节点为微型化的嵌入式无线通信设备，密集布署于网络环境内。各节点拥有相同的有限的初始能量，且随着其传感、计算与传输等任务的不断运行，节点的剩余能量将不断减少，当其剩余能量小于一固定门限时，认为该节点失效。

簇头节点：由无线传感器节点间通过一定的选举与协调方式确定的、对整个簇内的所有节点进行统一管理与数据综合的节点。在本发明中，根据各传感节点对感知事件的感知精确性与准确性大小选择簇头节点。

感知事件：发生在无线传感器网络环境中的、可被一定数量的节点观测与传感到的、具有一定持续时间的事件。本发明中假设网络中所有的感知事件的类型均不相同。

基站节点：处于无线传感器网络边缘的节点，负责全网的数据管理、调度与控制。该节点不受能量限制，拥有强大的计算与存储能力。

一种面向感知事件的无线传感器网络分层能耗平衡方案所包含的步骤为：

步骤1)在无线传感器网络中，部署无线传感器网络节点；

步骤2)在无线传感器网络边沿，部署基站节点；