[发明专利]一种无线传感器网络能量状态采集方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络能量监测系统，属于无线传感器网络事件监测技术领域，具体为无线传感器网络剩余能量监测方法的创新技术。 

背景技术

无线传感器网络节点是由能量有限的电池供电，由于节点一般被抛撒在环境恶劣地区或无人监管区，因此电池基本无法更换。因此，无线传感网的能耗问题的研究是一项具有重要意义的研究。目前能量有效性以及能量感知的算法成为研究热点之一。从本质上讲，他们都是基于节点的剩余能量信息进行研究：在能量有效的研究中，节点的剩余能量值作为能量有效与否的判断指标；而在能量感知的研究中，则是将感知到的剩余能量信息作为算法研究的直接参考数据。总之，对于剩余能量的监测是很有现实意义的。

而且现有的对于剩余能量的监测方法主要是基于簇树拓扑进行设计，最典型的是eScan，其他的大都是在其基础上进行改进，这些方法在一定程度上实现了对节点的剩余能量进行监测，但是现有算法采用洪泛法对数据进行查询和传输，这样大大增加了通信量，从而增加了能耗，能量有效性较差。另外，在进行信息传输查询时，现有算法由于对所要查询的数据没有给出限制，因此在信息发送时发送次数较多，这样同样会增加通信量。在现有算法下，原始数据或本地处理结果在多条传输之后，变成了过去时的信息，这样此监测方法的实时性就较差。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种基于阈值的无线传感器网络能量监测方法，方法基础来源于TEEN算法。由于在实际应用中，我们往往并不需要知道全部节点的能量状态，只需了解能量值处于我们感兴趣的范围内的节点信息即可，本发明的方法恰恰符合此应用，通过设置硬、软两个阈值，给出监测的限制条件，减少发送数据的节点数，并可以设置采集数据的精度。为了避免资源浪费，将当前检测数据存储到节点的内部变量中，供之后的监测提供参考。而且本发明可以实现实时监控节点能量变化，对于突发事件和热点的监控很有效。另外，通过调节两个阈值的大小，可以在精度要求和系统能耗之间取得合理的平衡。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无线传感器网络能量状态采集方法，数据查询和传输方式采用阈值检测方法，基站对检测数据进行处理，用节点的初始能量减去当前数据，得到节点的剩余能量，然后绘制出网络中剩余能量低于某一特定值的节点的剩余能量分布图；具体包括如下步骤：

（1）先进行网络分簇，再由基站向簇头发送硬、软阈值，簇头再向簇内节点广播硬、软阈值，接下来在每轮更换簇头的时候，簇头即向簇内所有节点广播硬阈值和软阈值；

（2）当检测数据值第一次超过硬阈值时，节点即向簇头发送检测数据，并把本次检测数据存储到节点的内部变量中，并记为SD；

（3）在接下来的监测过程中，只有当检测到的数据超过硬阈值并且当前检测数据相对于SD的变化幅度大于或等于软阈值时，节点才向簇头发送最新的检测数据，并且更新SD值为当前检测数据值,以此类推；

（4）簇头对本簇内的数据先进行融合处理，再发送给基站，最终由基站对所有数据融合处理，其中对于数据中节点的当前总能耗，基站对其作简单的减法运算，用节点初始能量减去当前检测数据获得节点的剩余能量，然后得到剩余能量图。

进一步，所述基站唯一，且位置固定，并且基站被看作是能量无限的；所述节点都是固定的，并且都知道自身的位置；节点初始能量相等，并且性质相同；节点之间能够对称性的通信，通信半径相同；节点均匀分布在基站周围。

进一步，所述硬阈值设定为节点需要更换或者低能耗报警时所处的能耗值，所述软阈值反应的是监测数据的采集精度，根据实际监测需要设定。

进一步，所述节点能耗与空间相关，根据剩余能量图，利用空间原理，分析死节点的位置，或者根据相邻时间段的扫描图得到死亡节点的信息。

一种无线传感器网络能量状态采集装置，包括算法实现模块、仿真接口、数据处理模块、节点自身能量模块、通信模块、PC机，所述仿真接口是仿真器下载算法实现模块的代码的仿真调试接口，其输入端与算法实现模块相连并相互通信，输出端连接至数据处理模块，所述数据处理模块是由若干个CC2530模块组成的ZigBee网络信息处理模块，用于对节点自身能量模块的节点自身能量进行采集处理，通信模块与数据处理模块相连并相互通信，用于节点间以及节点与sink点之间的信息交换，所述PC机作为sink点，所述节点自身能量模块连接至数据处理模块，所述PC机与通信模块相连，并相互通信。

本发明的有益效果是：