[发明专利]无线传感器网络的能量均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体讲是一种无线传感器网络的能量均衡方法。

背景技术

物联网（Internet of Things，IoT）被称为是继计算机、互联网之后，全球信息产业发展的第三次浪潮，其概念是由无线传感器网络发展而来的。因此，无线传感器网络被认为是整个物联网发展的产业核心。

作为无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的基本组成，传感器节点被部署在监测区域内，以无线通信的方式，将采集到的数据自组织地路由到汇聚节点。通过以太网或卫星，数据被传送到管理节点并予以保存。用户端可经由管理节点对全网进行配置和管理，发布监测任务。该运作体系构成了无线传感器网络的基本形态。

WSN具有广阔的应用前景，包括军事国防、环境监测、医疗护理、交通管理、智能楼宇、精细农业等在内的多个领域都能充分体现出网络的实用价值。由此，WSN的相关研究成为国内外各大高校及研究机构的热门方向。从已有的研究成果看，不论是硬件结构的改进还是软件协议的设计，研究工作都将网络节点的低能耗视为最主要的技术方向，其最终目标是尽可能地延长网络的运行时间。网络寿命不仅关系到WSN的实用价值和应用成本，同时也是其实现可隐藏、可植入的关键。

事实上，出于成本、体积等方面的考量，传感器节点通常采用电池供电，大规模、高密度的部署或是应用环境的特殊都会增加更换电池的难度。因此，高效使用能量、最大程度地延长网络生存时间（通常以年计）成为WSN的首要设计目标。

在WSN的协议设计中，包括数据压缩、数据融合在内的网内数据处理技术是其中较为重要的研究分支。由于WSN面向海量数据，且原始数据间存在时空域冗余，因此，对这些冗余进行网内处理，在保留应用所需信息量的前提下，将需要传输的数据量最小化，对于WSN而言，不仅能够起到降低网络通信能耗的作用，还可以有效地提高数据传输速率和带宽利用率，解决网络拥塞问题。此外，在WSN的实际应用中，除了需要注重网络节点的低能耗设计外，影响网络寿命的另一个重要因素同样不能被忽视，那就是网络各同构节点间存在的能量损耗不均衡的问题。

由于节点的通信能力有限，通常情况下，网络采用多跳路由实现数据传送。这就意味着临近汇聚节点（Sink）的传感器节点需要承担更多的数据传送任务，包括自身采集的监测数据以及需要中继的其他数据。因此，对于整个网络而言，此类节点（近节点）成为影响网络生存时间的瓶颈。近节点的失效将直接导致网络的瘫痪，离Sink节点较远的传感器节点（远节点）无法将监测数据传送至网络远端，整个网络亦无法完成既定的应用任务。

从目前的研究工作看，解决网络节点间能耗不均衡问题的主要方法是通过路由机制或拓扑控制机制对全网节点的能耗做均衡处理。然而，无论是路由或者拓扑控制机制，都需要以大量的通信能耗为代价，即节点间频繁的信息交换，这样大大降低了其延长网络寿命的效果。另一方面，针对网内数据处理算法的研究则偏重于单节点或链路上通信总能耗的降低，并没有将能耗失衡问题考虑在内（见授权专利杨华中，应蓓华，刘伟等；一种用于无线传感器网络降低能耗的压缩判决方法；中国，ZL200810238934.3；2009-10-21）。由此，目前结合网内数据处理与全网能耗均衡的联合优化问题并没有很好地得到解决，能耗的节省和均衡需要同时被考虑才能真正达到网络寿命延长的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种无线传感器网络的能量均衡方法，同时考虑能耗的节省和均衡，从而延长网络寿命。

为解决上述技术问题，本发明提出一种无线传感器网络的能量均衡方法，本地节点的编号记为i，则相对于本地节点，前节点的编号记为i-1，后节点的编号记为i+1， i为大于或等于1的自然数，距离汇聚节点最近的节点即编号为i =1的节点，

对于除编号为i =1的节点之外的其它节点，上一次通信若有的话，则下一次通信基于上一次通信的能耗情况来调整自身的算法等级，即：

若当前轮次的通信的前节点能耗大于本地节点能耗，则将本地节点的算法等级提高一级以供下一次通信执行，直到调至最高等级的算法，反之则将节点的算法等级降低一级以供下一次通信执行，直到最低等级，即不执行压缩；

算法等级是指节点中备选压缩算法的等级，根据压缩比进行等级划分，其中，压缩比定义为压缩后数据量与原始数据量之比，压缩比数值越低，算法等级越高，最低等级为不执行压缩。