[发明专利]无线传感器网络中的可预测能量管理和任务规划方法

说明书

本发明涉及可充电无线传感器网络中标签能量计算方法，具体为可充电无线传感器网络中的可预测能量管理和任务规划算法。通过本算法可以预测出充电一段时间后下一时刻WISP可获得的能量。通过建立的能量模型，结合WISP执行的具体任务，使用本申请提出的可预测能量算法，便可以对任务进行更有效的规划执行，防止因能量耗尽导致任务无法执行。另外，保证所有的任务都可以完成的情况下，此方案可以使完成时间最小化。

技术领域

本发明涉及可充电无线传感器网络中标签能量计算方法，具体为无线传感器网络中的可预测能量管理和任务规划方法。

背景技术

无线可充电传感器网络是通过射频链路进行通信的，相比于有线网络，射频链路具有不稳定，容易受环境噪声的影响，误码率较高等特点。其中无源节点自身的能量状态对通信的可靠性影响最大。比如说，处于工作模式的无源节点由于电压到了最低阈值被迫产生硬件中断强行进入睡眠模式，导致通信过程被中断，数据发送或接收不完整，无法组装成数据包。

WISP是一种可编程的、无源感知和计算平台。这个平台可以增加RFID(RadioFrequency Identification)的感知和计算能力。它利用内部一个16位的低功耗微处理器MSP430进行感知和计算，传感器也已经被成功地集成在WISP平台。WISP的能量来源是远程的RFID阅读器，它在每次查询过程中可以传递64比特的信息，就像传统的超高频无源标签，可以利用阅读器来提供自己所需要的所有能量。WISP的结构几乎可以兼容任何低功耗的传感器，并且作为超高频被动标签的一部分被集成在标签上。

该WISP平台模拟电路的原理图如图1所示。WISP天线接收到来自阅读器的RF信号之后，首先通过阻抗匹配网络进行匹配，其中一部分为WISP的感知计算提供能量，另一部分用于数据的传输。前一部分信号通过由整流器和电容组成的能量存储电路，再通过电压调节器和电压控制器把电压稳定到WISP工作电压1.8V。其中，电压调节器用于防止WISP内部的MSP430单片机电压过载，电压控制器用于监控电容存储容量的大小，在能量达到额定电压时，给MSP430一个使能信号，让其开始工作。后一部分信号将RF信号进行解调，传输到微处理器中，微处理器解读信号之后，运行相应的软件程序，来控制外接传感器的感知。然后将传感器采集到的数据，通过调制电路的调制，经过天线反向散射回阅读器进行解调，最终将数据传输到电脑上。

因此，给无线可充电传感器网络设计可靠数据传输方案时，首先要对WISP进行能量预测，尽可能地采用复杂度较低的算法，避免因为复杂度过高而计算量太大导致能量过早枯竭影响通信的可靠性。

发明内容

本发明为解决WISP应用时能量不足的问题，提出了复杂度较低的可预测能量管理和任务规划算法，具体为无线传感器网络中的可预测能量管理和任务规划方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：无线传感器网络中的可预测能量管理和任务规划方法，包括以下步骤：

(1)假设到达WISP的任务用T1＝(t₁，e₁)来表示，其中，t₁表示任务的到达时间，e₁表示执行任务消耗的能量，设定WISP在当前时间t₁的存储能量是E：若Ee₁，则任务可以立即执行；若Ee₁，令E₁＝e₁–E，WISP需要休眠一定的时间t_s进行充电，直到获取的能量为E₁，才能有足够的能量保证任务可以被有效执行；