[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

摘要

本发明公开一种能量获取型无线传感网络最大化监测频率方法，包括以下步骤：设立虚拟源节点，并建立虚拟源节点与被监测目标节点的连接关系，根据指数加权移动平均预测监测节点获取的能量，设定基于能量获取的监测网络节点间链路权重；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；根据分解后的监测网络，依次计算虚拟源节点到接收节点的最大能量流路径并对每条路径进行反向操作，减去路径上节点的监测所需能量值；更新监测网络链路权重；重复以上计算直至不存在最大能量流为止；统计最大能量路径数即为目标监测频率。本发明提高了网络监测频率和能量利用率性能，不仅实现监测频率的最大化，而且有效提高监测网络的吞吐量。

主权项

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zi,i＝1,2,3…,m，监测节点si,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zi,i＝1,2,3…,m，再根据监测节点si,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)；(2)建立监测节点间链路权重，首先利用指数加权移动平均方法预测各个监测节点(si,)的获取能量SE(si)，i＝1,2,…,n；根据预测的各个监测节点的获取能量SE(si)、监测一次目标所需的能量EZj(si)以及转发一次监测信息所需的能量EFj(si)；计算有连接关系的虚拟源节点(Sr)与被监测目标节点间链路权重w(Sr,zi)，被监测目标节点与监测节点间链路权重w(zi,si)，以及监测节点间链路权重w(si,sj),i,j＝1,2,…,n，i≠j,具体计算公式如下：w(Sr,zi)＝w(zi,si)＝EZj(si),w(si,sj)＝min(SE(si),SE(sj))；(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Gd(V’,E’)；具体分解如下：对于监测网络一条链路(si,sj)，监测节点si用两个节点s'i and s”i以及监测节点sj用两个节点s'j and s”j，链路(si,sj)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(si)；w(s'j,s”j)＝w(s”j,s'j)＝SE(sj)；w(s'i,s”j)＝w(s”j,s'i)＝0,w(s'j,s”i)＝w(s”i,s'j)＝min(SE(si),SE(sj))；(4)计算最大能量流路径，如果不存在最大能量流路径，则转到第七步，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，减去路径上节点的监测所需能量值；具体操作如下：对于最大能量流路径上的所有链路，如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合以下节点类型要求,即(pi＝zi)且(pj＝s”j or pj＝s'j)，则节点的能量值及链路权重值更新如下：SE(pj)＝SE(pj)‑(EZi(pj)+EF(pj))w(pi,pj)＝w(pi,pj)‑EZi(pj)w(pj,pi)＝w(pj,pi)+EZi(pj)如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合类型要求为pi＝s”i or pi＝s'i和pj＝s”j or pj＝s'j，则节点的能量值及链路权重值更新如下：SE(pj)＝SE(pj,)‑(ERi(pj)+EF(pj))w(pi,pj)＝w(pi,pj)‑(ERi(pj)+EF(pj))w(pj,pi)＝w(pj,pi)+(ERi(pj)+EF(pj))如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合类型要求为pi＝Sr and pj＝zj，则节点的能量值及链路权重值更新如下：E(pj)＝SE(pj)‑(EZi(pj))w(pi,pj)＝w(pi,pj)‑EZi(pj)w(pj,pi)＝w(pj,pi)+EZi(pj)(5)更新监测频率FM(zi)＝FM(zi)+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Gd(V’,E’)中的每一条链路(qi,qj)，如果两节点pi和pj符合类型要求为((qi＝Sr)and(qj＝zj))or((qi＝zi)and(qj＝s”j or qj＝s'j)),则链路权重值更新为w(qi,qj)＝EZj(si)，否则链路权重值更新为w(qi,qj)＝min{SE(qi),SE(qj)}，更新结束后，返回第4步；(7)输出目标监测频率FM(zi)，i＝1,2,3…,m。