[发明专利]一种无线传感器任务分配方法

说明书

本发明公开了一种无线传感器任务分配方法。本发明包括：建立无线传感器网络任务分配模型，并根据任务间通信关系，调整初始任务分配方案；结合任务负载和通信关系以及节点处理速度、故障概率等建立多目标优化函数；根据传感器节点数和任务完成期限设定动态多目标优化算法的约束条件；建立判断新任务是否到达的动态环境检测模型；利用动态多目标优化算法对任务分配方案进行更新，并实时检测动态环境，得出每一环境变化后的Pareto最优解集；选择Pareto最优解集中能耗最均衡的解，作为最佳的任务分配方案。本发明通过采用动态多目标任务分配方法对能耗、时间、可靠性等效用目标进行优化，得到任务完成时间最短、能耗最小、可靠性最高的综合最优方案。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络通信领域，具体涉及一种无线传感器任务分配方法。

背景技术

无线传感器网络已经广泛应用于军事、灾难预警、区域监测、智能家居等领域，其通常由大量计算能力相对较低、能源供应有限的传感器组成。无线传感器一旦被部署后将处于静止状态，并且长期内无人工干预和管理，传感器很容易因能量消耗过大或故障导致节点失效，不能正常工作或死亡，改变无线传感器网络的拓扑结构。因此，网络的基本挑战是在应用程序可靠运行时能达到一定的能源效率，以延长网络的生命周期。随着传感器网络的监测和数据处理越来越复杂，在要求能量有效的同时，实时性和可靠性要求也越来越高。传感器由于计算能力低无法独自完成较复杂的应用，需要多个传感器协作完成，以提高系统的性能，满足实时可靠的应用需求，延长网络的生命周期。

WSN中的应用程序可以分解为多个具有优先级关系的任务，通过在网关上执行任务的分配算法，决策出最优的任务分配策略，使任务的总完成时间最短，能耗最小，可靠性最高。因此，研究最佳任务分配方案的方法是提高无线传感器网络必要举措。

根据国家知识产权的专利搜索，检索到与本发明专利比较相关的中国专利申请：申请号为201010033866.4,名称为“基于协商的无线传感器网络任务分配方法”。该技术通过招标节点与投标节点协商最终决定任务的分配方法，招投标的过程会造成不必要的能量消耗和时间消耗，不能满足任务完成的实时性。

目前有很多任务分配方案都是只优化任务完成的某一个目标，优化时间或是优化能耗，很少有同时优化多个目标的任务分配方法。根据国家知识产权的专利搜索，检索到与多目标任务分配方法相关的中国专利申请：申请号为201510497824.9,名称为“一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法”。但是该专利采用加权求和的方式对多个目标进行建模，转化为了单目标的优化模型，在算法寻优时可能会根据加权值削弱某一目标的寻优能力，导致最终的优化方案并不是最佳任务分配方案。

无线传感器网络中的节点虽然是静态部署，但是当新的任务到达时，当前的任务分配方案可能不再适用。现有的任务分配算法大多是考虑一次任务分配，忽略了任务的持续到达，并且在智能优化算法的寻优过程中，若环境发生变化，算法不能及时跳转到当前环境状态寻优，导致最后优化的算法无法满足实际的应用环境。

发明内容

本发明的内容是针对现有任务分配方法中存在的缺陷和不足，提供了一种无线传感器任务分配方法，应用动态多目标优化算法能够有效的优化任务完成的多个目标，使任务完成的时间最短，能耗最低，可靠性最高，提高无线传感器网络中任务完成的综合性能，并且能够实时检测当前环境变化，及时做出动态改变。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

步骤S101，初始化任务分配方案，将任务随机映射到无线传感器节点上，根据DAG图之间的任务通信关系，调整初始的任务分配方案，将有多个后继任务的当前任务插入路由广播任务，并选择距离最近的节点作为路由广播节点，将剩余能量值小于某一设定的阈值e_th的节点标记，将不再分配任务；

步骤S102，结合任务的负载和通信关系以及节点处理速度、故障概率建立动态多目标优化的效用函数，得到任务分配的多目标优化模型；