[发明专利]一种能量获取型无线传感网络最大化监测频率方法

权利要求书

1.一种能量获取型无线传感网络最大化监测频率方法，其步骤：

(1)构建能量获取型无线传感监测网络模型，假定能量获取型无线传感监测网络拓扑为G(V,E),该网络拓扑G(V,E)含有以下节点类型：虚拟源节点Sr，被监测目标节点z_i,i＝1,2,3…,m，监测节点s_i,i＝1,2,3…,n，接收节点Sink；首先用虚拟源节点连接所有被监测目标节点z_i,i＝1,2,3…,m，再根据监测节点s_i的监测及传输范围，建立被监测目标节点与监测节点，以及监测节点之间的连接关系，从而建立能量获取型无线传感监测网络拓扑G(V,E)；以下所述被监测目标节点z_i，z_j，其标识符号z的下标i,j取值范围为1,2,3,...,m；以下所述监测节点s_i，s_j，其标识符号s的下标i,j取值范围为1,2,3,...,n；对于同类型节点的下标i,j是表示不同的节点，即i≠j；

假定SE(s_i)表示监测节点s_i的获取能量值，EZ_j(s_i)表示监测节点s_i监测一次被监测目标节点z_j所需的能量值，ER_j(s_i)表示监测节点s_i接收一次被监测目标节点z_j的监测信息所需的能量值，EF(s_i)表示监测节点s_i转发一次监测信息所需的能量值，w(Sr,z_i)表示虚拟源节点(Sr)与被监测目标节点z_i之间的链路权重，w(z_i,s_i)表示被监测目标节点z_i与监测节点s_i之间的链路权重，w(s_i,s_j)表示监测节点s_i与监测节点s_j之间的链路权重；FM(z_i)表示监测被监测目标节点z_i的频率值，并初始化监测每个被监测目标节点z_i的频率为0，即FM(z_i)＝0，i＝1,2,3…,m；

(2)建立监测节点间链路权重，w(Sr,z_i)、w(z_i,s_i)以及w(s_i,s_j)的链路权重具体计算公式如下：w(Sr,z_i)＝w(z_i,s_i)＝EZ_j(s_i),w(s_i,s_j)＝min(SE(s_i),SE(s_j))，即链路权重w(Sr,z_i)和w(z_i,s_i)的值等于监测一次目标所需的能量值EZ_j(s_i)，链路权重w(s_i,s_j)取监测节点s_i获取的能量SE(s_i)和监测节点s_j获取的能量SE(s_j)两者的最小值，其中监测节点s_i获取的能量SE(s_i)，i＝1,2,…,n均根据节点所在区域的历史太阳能数据，采用指数加权移动平均方法预测得到；

(3)监测网络拓扑分解，采用节点分裂操作进行拓扑分解，建立分解后的监测网络G_d(V’,E’)；具体分解如下：对于监测网络一条链路(s_i,s_j)，监测节点s_i用两个节点s'_i和s”_i以及监测节点s_j用两个节点s'_j和s”_j，链路(s_i,s_j)分裂操作后的链路包括为(s'_i,s”_i),(s”_i,s'_i),(s'_j,s”_j),(s”_j,s'_j),(s'_i,s”_j),(s”_j,s'_i),(s'_j,s”_i),(s”_i,s'_j)；相应的链路权重为w(s'_i,s”_i)＝w(s”_i, s'_i)＝SE(s_i)；w(s'_j,s”_j)＝w(s”_j,s'_j)＝SE(s_j)；w(s'_i,s”_j)＝w(s”_j,s'_i)＝0,w(s'_j,s”_i)＝w(s”_i,s'_j)＝min(SE(s_i),SE(s_j))；

(4)计算虚拟源节点Sr到接收节点Sink的最大能量流路径，如果不存在最大能量流路径，则转到第7步，否则根据分解后的监测网络，计算虚拟源节点Sr到接收节点Sink的最大能量流路径,然后依次对各路径进行反向操作，路径上每个节点的能量值及链路权重值减去监测一次所需相应能量值，具体操作如下：

对于最大能量流路径上的所有链路，假定p_i,p_j分别为链路两端节点，如果链路(p_i,p_j)两节点p_i和p_j符合以下节点类型要求,即(p_i＝z_i)且(p_j＝s”_j或p_j＝s'_j)，则节点的能量值及链路权重值更新如下：

SE(p_j)＝SE(p_j)-(EZ_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-EZ_i(p_j)

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+EZ_i(p_j)

如果链路(p_i,p_j)两节点p_i和p_j符合类型要求为(p_i＝s”_i或p_i＝s'_i)且(p_j＝s”_j或p_j＝s'_j)，则节点的能量值及链路权重值更新如下：

SE(p_j)＝SE(p_j)-(ER_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-(ER_i(p_j)+EF(p_j))

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+(ER_i(p_j)+EF(p_j))

如果链路(p_i,p_j)两节点p_i和p_j符合类型要求为p_i＝Sr且p_j＝z_j，则节点的能量值及链路权重值更新如下：

E(p_j)＝SE(p_j)-(EZ_i(p_j))

w(p_i,p_j)＝w(p_i,p_j)-EZ_i(p_j)

w(p_j,p_i)＝w(p_j,p_i)+EZ_i(p_j)

(5)更新监测频率FM(z_i)＝FM(z_i)+1，i＝1,2,3…,m；

(6)更新监测网络链路权重，对于在分解监测网络G_d(V’,E’)中的每一条链路(q_i,q_j)，如果两节点p_i和p_j符合类型要求为((q_i＝Sr)且(q_j＝z_j))或((q_i＝z_i)且(q_j＝s”_j或q_j＝s'_j)),则链路权重值更新为w(q_i,q_j)＝EZ_j(s_i)，否则链路权重值更新为w(q_i,q_j)＝min{SE(q_i),SE(q_j)}，更新结束后，返回第4步；

(7)输出被监测目标节点的监测频率FM(z_i)，i＝1,2,3…,m。