專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)能量管理方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)中基于自組織圖(SOM)的動態(tài)能量管理方法與裝置。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大，網(wǎng)絡(luò)中傳感器的密度很高，并且對于數(shù)據(jù)檢測型的應(yīng)用而言，傳感器都是周期性的向控制臺發(fā)送檢測數(shù)據(jù)。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通信的數(shù)據(jù)量是巨大的。通常，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于群簇(Cluster)結(jié)構(gòu)的，即整個網(wǎng)絡(luò)被劃分成很多的群簇，每個群簇中有一個主結(jié)點(diǎn)，其他均為從屬結(jié)點(diǎn)，從屬結(jié)點(diǎn)只向主結(jié)點(diǎn)匯報數(shù)據(jù)，主結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)發(fā)到控制臺結(jié)點(diǎn)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于位于同一個小區(qū)域內(nèi)的傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)信息(如溫度，濕度及壓力等)具有很大的相關(guān)性，因此，它們所發(fā)送的數(shù)據(jù)具有很高的數(shù)據(jù)冗余度。此外，由于傳感器設(shè)備的電池電量有限，如何節(jié)省有限的能量是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中重點(diǎn)要解決的問題。數(shù)據(jù)聚合與動態(tài)能量管理是兩種用來減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量損耗的重要技術(shù)。
數(shù)據(jù)聚合通過在數(shù)據(jù)處理/轉(zhuǎn)發(fā)中心對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(比如，去除噪音與干擾、壓縮數(shù)據(jù)，提取典型數(shù)據(jù)等)來減少通信的數(shù)據(jù)量，以達(dá)到減少通信能量損耗的目的。在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)聚合技術(shù)中，有些通過波束成型(Beamforming)對信號進(jìn)行相關(guān)性處理，該技術(shù)可以參考文獻(xiàn)Anna Hac，Wireless Sensor Network Designs.New YorkWiley，2003，這樣的處理無法去除冗余的數(shù)據(jù)信息，并且也需要傳感器配備多天線。一些技術(shù)通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮來降低數(shù)據(jù)通信量，該技術(shù)可以參考文獻(xiàn)T.Arici，B.Gedik，Y.Altunbasak and L.Liu，“PINCOa pipelined in-network compression scheme fordata collection in wireless sensor networks，”in Proc.12th InternationalConference on Computer Communications and Networks(ICCCN 2003)，pp.539-544，Oct.2003；這同樣也沒有能夠去除冗余的數(shù)據(jù)信息。其他的一類技術(shù)如文獻(xiàn)S.S.Pradhan，J.Kusuma，and K.Ramachandran，“Distributed compressionin a dense mircosensor network，”IEEE Signal Processing Mag.，pp.51-60，Mar.2002.提出了數(shù)據(jù)提取的概念，即通過某種方法去除冗余的數(shù)據(jù)信息，但是，該文獻(xiàn)沒有具體討論如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取。此外，上述所有的數(shù)據(jù)聚合技術(shù)都沒有考慮聚合處理本身所帶來的計算能量消耗，對于計算量較大的處理來說，消耗的能量是不可忽略的。
動態(tài)能量管理的原理是讓網(wǎng)絡(luò)中的傳感器輪流工作，即讓某些傳感器進(jìn)入休眠狀態(tài)并在需要的時候喚醒這些傳感器。處于休眠的傳感器不檢測或發(fā)送數(shù)據(jù)，因此可以節(jié)省傳感器的能量損耗。目前，動態(tài)能量管理的重點(diǎn)集中在對不同層次休眠狀態(tài)的定義以及在這些狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)在文獻(xiàn)Ren C.Luo，Liang Chao Tu and Ogst Chen，“An Efficient Dynamic PowerManagement Policy on Sensor Network，”in Proc.IEEE AINA 2005，vol.2，pp.341-344，Mar.2005.和A.Sinha and A.Chandrakasan，“Dynamic powermanagement in wireless sensor networks，”IEEE Design & Test of Computers，vol.18，issue.2，pp.62-74，March-April 2001.有較詳細(xì)的描述。但是動態(tài)能量管理的策略，即應(yīng)該選擇哪些傳感器進(jìn)入休眠狀態(tài)，則沒有被提及。
此外，就目前的研究進(jìn)展而言，數(shù)據(jù)聚合與動態(tài)能量管理是兩種被獨(dú)立考慮的技術(shù)，還沒有任何方案將二者進(jìn)行融合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能有效融合數(shù)據(jù)聚合技術(shù)與動態(tài)能量管理技術(shù)的技術(shù)方案，使得數(shù)據(jù)聚合與動態(tài)能量管理有機(jī)融合起來，大大降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量損耗。
本發(fā)明的第一個方面是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)能量管理方法，其中該網(wǎng)絡(luò)至少包括一個主結(jié)點(diǎn)和與該主結(jié)點(diǎn)相應(yīng)的K個從屬結(jié)點(diǎn)，其中K為整數(shù)，其特征在于包括如下步驟a)典型數(shù)據(jù)確定步驟，主結(jié)點(diǎn)接收從K個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的K個數(shù)據(jù)，確定輸出典型數(shù)據(jù)的個數(shù)Nout，利用所述K個數(shù)據(jù)確定Nout個典型數(shù)據(jù)；其中Nout為整數(shù)，且Nout＜K或Nout＜＜K；
b)反饋步驟，主結(jié)點(diǎn)依據(jù)從所述典型數(shù)據(jù)確定步驟中確定的Nout個典型數(shù)據(jù)，選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，通知其它從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)和休眠時間；c)進(jìn)入休眠的從屬結(jié)點(diǎn)休眠時間結(jié)束后，重復(fù)步驟a)～步驟b)。
所述典型數(shù)據(jù)確定步驟采用SOM算法利用所述K個數(shù)據(jù)確定所述Nout個典型數(shù)據(jù)。所述SOM算法包括如下步驟1)初始化步驟，隨機(jī)產(chǎn)生Nout個互不相等的值作為Nout個典型數(shù)據(jù)的初始值，其中Nout為預(yù)先確定的典型數(shù)據(jù)的個數(shù)；2)取樣步驟，從輸入向量集合中取樣輸入向量；3)相似匹配步驟，使用最小歐幾里得距離的準(zhǔn)則為每個取樣的輸入向量X尋找最匹配的典型數(shù)據(jù)；4)更新步驟，利用更新公式調(diào)整典型數(shù)據(jù)；5)循環(huán)步驟，重復(fù)步驟2)～步驟4)直到所有輸入向量都處理過，如果輸入向量個數(shù)小于U，則需要重復(fù)輸入直到循環(huán)次數(shù)大于U次，其中U是一個預(yù)先設(shè)定的需要循環(huán)的次數(shù)。
所述最小歐幾里得距離由下式?jīng)Q定mini||x-wi||=miniΣj=1m(dj-wij)2,]]>其中x為輸入向量，wi為典型數(shù)據(jù)，dj為m維輸入向量x的第j個分重，wij為m維典型數(shù)據(jù)wi的第j個分量，i為1，2…Nout，j，m均為整數(shù)。
所述調(diào)整典型數(shù)據(jù)的更新公式為w′i＝wi+α(u)Nc(u)×(x-wi)，其中wi為當(dāng)前典型數(shù)據(jù)的值，w’i為更新后的值，α(u)是學(xué)習(xí)率參數(shù)，Nc(u)是匹配的典型數(shù)據(jù)的鄰域函數(shù)，其中0＜α(u)＜1，x為輸入向量。
所述Nc(u)為Gauss(高斯)鄰域函數(shù)。所述學(xué)習(xí)率參數(shù)α(u)的更新公式為α(u)=α(0)·(1-uU),]]>其中，α(0)為學(xué)習(xí)率初始值，u為當(dāng)前的循環(huán)次數(shù)。
選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)采用如下步驟a)針對Nout個典型數(shù)據(jù)，從輸入數(shù)據(jù)中選擇Nout個數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)集對應(yīng)相關(guān)的一個典型數(shù)據(jù)；b)從每個數(shù)據(jù)集中選取一個最佳輸入數(shù)據(jù)，該最佳輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)曾經(jīng)被選擇作為代表結(jié)點(diǎn)的次數(shù)最少，從而選定發(fā)送該最佳輸入數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)。
所述Nout和休眠時間的確定采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
所述主結(jié)點(diǎn)還轉(zhuǎn)發(fā)典型數(shù)據(jù)給控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制臺。
本發(fā)明的另一方面是一種傳感器設(shè)備，包括數(shù)據(jù)感應(yīng)組件，數(shù)據(jù)處理組件和通信組件，數(shù)據(jù)感應(yīng)組件用于感應(yīng)特定的信息數(shù)據(jù)，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理組件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通信組件用于收發(fā)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)處理組件連接，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理組件包括SOM運(yùn)算模塊、反饋模塊，所述通信組件包括休眠通知模塊，其中，當(dāng)所述傳感器設(shè)備用作主結(jié)點(diǎn)時，接收從K個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的K個數(shù)據(jù)，所述SOM運(yùn)算模塊首先確定典型數(shù)據(jù)個數(shù)Nout和休眠時間，然后利用從K個從屬結(jié)點(diǎn)接收的K個數(shù)據(jù)，確定Nout個典型數(shù)據(jù)；其中K、Nout為整數(shù)，且Nout＜K，所述反饋模塊利用確定的所述Nout個典型數(shù)據(jù)，選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為繼續(xù)工作的代表結(jié)點(diǎn)，選取其它結(jié)點(diǎn)作為進(jìn)入休眠的結(jié)點(diǎn)，所述休眠通知模塊用于通知所述其它從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以及休眠時間。
所述傳感器設(shè)備還包括休眠時間計時模塊，當(dāng)傳感器設(shè)備用作從屬結(jié)點(diǎn)，并且接收到休眠消息后，所述休眠時間計時模塊開始計時，一旦休眠時間結(jié)束，休眠時間計時模塊立刻喚醒傳感器設(shè)備。
本發(fā)明利用了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來提取典型數(shù)據(jù)，并且把提取的結(jié)果反饋?zhàn)鳛閯討B(tài)能量管理的依據(jù)，動態(tài)能量管理的結(jié)果又反過來使得數(shù)據(jù)提取不必要執(zhí)行，數(shù)據(jù)提取與動態(tài)能量管理之間的這種互動實現(xiàn)了數(shù)據(jù)聚合與動態(tài)能量管理的有機(jī)融合，使得整個網(wǎng)絡(luò)的能量消耗大大減少。而SOM算法自身的特點(diǎn)保證了本發(fā)明中數(shù)據(jù)提取過程有足夠高的數(shù)據(jù)精確度。


下面結(jié)合附圖對本新發(fā)明機(jī)制進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布圖。
圖2是SOM算法的結(jié)構(gòu)圖以及流程圖。
圖3是本發(fā)明中數(shù)據(jù)提取過程的流程圖。
圖4是本發(fā)明中反饋過程的概念圖。
圖5是本發(fā)明中反饋過程的流程圖。
圖6是本發(fā)明數(shù)據(jù)提取與反饋過程循環(huán)示意圖。
圖7是傳統(tǒng)方法和本發(fā)明中通信過程的比較。
圖8是本發(fā)明的傳感器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本發(fā)明能量損耗模型。
圖10是本發(fā)明實施標(biāo)準(zhǔn)的流程圖。
圖11是傳統(tǒng)方案和本發(fā)明總能量損耗的比較。
圖12A為本發(fā)明量化誤差分布圖。
圖12B為本發(fā)明平均量化誤差分布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明確定采用數(shù)據(jù)提取作為進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合的技術(shù)，這是因為數(shù)據(jù)提取摒棄了大量的冗余信息，可以更有效的減少通信的數(shù)據(jù)量。在本發(fā)明中，主體部分由兩個過程構(gòu)成。1)基于自組織圖(SOMSelf-Organizing Map)的數(shù)據(jù)提取過程；2)反饋過程。首先，在某個數(shù)據(jù)報告周期，當(dāng)群簇的主結(jié)點(diǎn)收到來自所有從屬結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SOM算法的輸入向量，并設(shè)定需要輸出的典型向量個數(shù)以及SOM所需的其它參數(shù)，利用SOM對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，去除大量的冗余信息。(SOM是在數(shù)據(jù)挖掘中廣泛使用的經(jīng)典算法，SOM可以在大量的輸入向量中，把相似的向量進(jìn)行分組，并從分組中提取具有代表性的一些向量。)經(jīng)過數(shù)據(jù)提取過程后，假設(shè)輸入的數(shù)據(jù)集合為SI＝{x1，x2，...，xK}，輸出的典型數(shù)據(jù)集合則為ST＝{w1，w2，...，wNout}，Nout＜K或Nout＜＜K，主結(jié)點(diǎn)只需把這些典型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制臺結(jié)點(diǎn)。其中，K是輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)，也即是這個群簇中從屬結(jié)點(diǎn)的總數(shù)，每個輸入xi對應(yīng)一個發(fā)送xi的從屬結(jié)點(diǎn)N(xi)。然后，進(jìn)入反饋過程主結(jié)點(diǎn)把上面數(shù)據(jù)提取過程中輸出的典型數(shù)據(jù)作為動態(tài)能量管理的依據(jù)，讓大部分從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，只保留一些從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作。從屬結(jié)點(diǎn)被選擇為代表結(jié)點(diǎn)的條件是a)該從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)提取的一個典型數(shù)據(jù)非常近似；b)該從屬結(jié)點(diǎn)以前曾經(jīng)被選擇為代表結(jié)點(diǎn)的次數(shù)最少。反饋過程所選出的代表結(jié)點(diǎn)數(shù)目為Nout，即典型數(shù)據(jù)的個數(shù)決定了代表結(jié)點(diǎn)的數(shù)目。反饋過程結(jié)束后，在接下來的一段時間內(nèi)，只有代表結(jié)點(diǎn)向主結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，此時，主結(jié)點(diǎn)不需要執(zhí)行數(shù)據(jù)提取和反饋過程。只有休眠時間結(jié)束，所有從屬結(jié)點(diǎn)向主結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時，上述兩個過程才再次被執(zhí)行。
參考圖1，本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備四個特點(diǎn)A)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大；B)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的密度比較高；C)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于“群簇”結(jié)構(gòu)，群簇具有一個穩(wěn)定周期tcs，當(dāng)穩(wěn)定周期過后，群簇會被重組；群簇中有一個主結(jié)點(diǎn)，K個從屬結(jié)點(diǎn)。其中，不同群簇中的K值不同；D)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)是時間驅(qū)動的，即群簇中K個從屬結(jié)點(diǎn)周期性向主結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報告周期為trp。trp和tcs的關(guān)系為tcs＝trp*ns，這里ns為整數(shù)，表示一個群簇穩(wěn)定周期中數(shù)據(jù)報告周期的個數(shù)。
圖2中的附圖標(biāo)記21指示的是SOM算法結(jié)構(gòu)圖。SOM算法結(jié)構(gòu)分為上下兩層，下層為輸入層，上層為輸出層。輸出層單元構(gòu)成一維或二維格形(圖中輸出單元在空間中構(gòu)成二維矩陣格形)，格形確定了單元在空間中的鄰域關(guān)系；且輸出層單元與每個輸入結(jié)點(diǎn)都有連接。若輸入為m維向量，每個輸入xi由d1，d2...dm等m個分量構(gòu)成，則每個輸出單元對應(yīng)一個m維典型數(shù)據(jù)wi。wi由wi1，wi2...wim分量構(gòu)成，附圖標(biāo)記22表示的是SOM算法的流程圖。SOM的運(yùn)行過程如下所述1)初始化。對初始典型數(shù)據(jù)wi(0)選擇隨機(jī)值。這里唯一的限制是w1(0)≠w2(0)≠...≠wNout(0).]]>2)取樣。隨機(jī)從輸入向量集合中取樣向量X，向量X的維數(shù)等于m。
3)相似匹配。使用最小Euclidean(歐幾里得)距離的準(zhǔn)則尋找最匹配的輸出單元即獲勝單元winnerwinner=mini||x-wi||=miniΣj=1m(dj-wij)2,]]>i為1，2…Nout，j，m均為整數(shù)。
4)更新。使用更新公式調(diào)整獲勝單元的典型數(shù)據(jù)w′i＝wi+α(u)Nc(u)×(x-wi)，wi為當(dāng)前典型數(shù)據(jù)的值，w’i為更新后的值，{α(u)0＜α(u)＜1}是學(xué)習(xí)率參數(shù)，Nc(u)是匹配的典型數(shù)據(jù)的鄰域函數(shù)(通常取Gauss(高斯)鄰域函數(shù)，它是兩點(diǎn)間距離的單減函數(shù))；為了最好的結(jié)果，α(u)和Nc(u)在學(xué)習(xí)過程中都是隨次數(shù)u動態(tài)變化的。
5)循環(huán)。重復(fù)步驟2～4直到所有輸入向量都處理過。如果輸入向量個數(shù)小于U，其中U是一個預(yù)先設(shè)定的需要循環(huán)的次數(shù)，則需要重復(fù)輸入直到循環(huán)次數(shù)大于U次。多次循環(huán)可以增加SOM算法輸出的精確性。
從SOM的算法過程看，輸出單元的典型數(shù)據(jù)wi逐漸向輸入集中的某些向量(這些向量總是相對于該典型數(shù)據(jù)為獲勝單元，即這些向量與所有典型數(shù)據(jù)相比較，距離wi最近)靠近；典型數(shù)據(jù)集{wi|i＝1，2，...，Nout}是對輸入集中所有向量的描述，而單個典型數(shù)據(jù)可看作是相對于它為獲勝單元的所有向量的聚類中心。
圖3是本發(fā)明中數(shù)據(jù)提取過程的流程圖。在圖3中，主結(jié)點(diǎn)收到K個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，典型數(shù)據(jù)個數(shù)生成模塊確定Nout，Nout＜＜K或者Nout＜K，這一過程參考圖10中101。確定Nout后，執(zhí)行SOM算法來實施數(shù)據(jù)提取。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了減少計算的復(fù)雜度，SOM算法中參數(shù)U取值為500；鄰域函數(shù)Nc(u)初始值為1并不隨循環(huán)次數(shù)變化；學(xué)習(xí)率初始值α(0)為0.9，更新公式為α(u)=α(0)·(1-uU),]]>這里u是當(dāng)前的循環(huán)次數(shù)。SOM算法運(yùn)行結(jié)束后，主結(jié)點(diǎn)把計算后得到的Nout個典型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制臺，并且把典型數(shù)據(jù)提供給反饋過程，作為動態(tài)能量管理的依據(jù)。圖3中的附圖標(biāo)記33表示一個溫度監(jiān)測應(yīng)用中數(shù)據(jù)提取過程的實例。輸入的數(shù)據(jù)是從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送給主結(jié)點(diǎn)的溫度值，在SOM算法的循環(huán)過程中，相似的數(shù)據(jù)被分組。SOM算法運(yùn)行結(jié)束后，每一組數(shù)據(jù)都生成一個典型數(shù)據(jù)。比如，輸入溫度值7.3，7.5，7.8和7.9被分為一組，最后，生成的典型數(shù)據(jù)是7.6度。
圖4是本發(fā)明中反饋過程的概念圖。在時刻t(i)，群簇中所有從屬結(jié)點(diǎn)都保持工作狀態(tài)；當(dāng)?shù)湫蛿?shù)據(jù)生成后，典型數(shù)據(jù)被輸入到動態(tài)能量管理策略模塊41，根據(jù)代表結(jié)點(diǎn)選擇模塊(見圖5的51)的決策結(jié)果，在時刻t(j)，一些從屬結(jié)點(diǎn)成為代表結(jié)點(diǎn)，而非代表結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
圖5是本發(fā)明中反饋過程的流程圖。在圖中，針對數(shù)據(jù)提取過程產(chǎn)生的每一個典型數(shù)據(jù)wi，在輸入數(shù)據(jù)集合SI中選擇與wi相似(距離在一定范圍內(nèi))的數(shù)據(jù)集合Sm，Sm是SI的一個子集合。Sm的定義為Sm＝{xm｜‖xm-wi‖≤ε}，這里，ε是一個很小的實數(shù)，其值可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求而變化。在集合Sm中，最佳的一個輸入數(shù)據(jù)xj被決定。xj必須滿足MC[xj]＝Min(MC[xm])，這里，MC[xj]是結(jié)點(diǎn)N(j)曾經(jīng)被選擇作為代表結(jié)點(diǎn)的次數(shù)。舉例來說，在溫度監(jiān)測應(yīng)用中，產(chǎn)生的一個典型數(shù)據(jù)為10.5度，ε設(shè)定為0.2度，Sm＝{10.3，10.4，10.5，10.6}，MC[10.3]＝0，MC[10.4]＝1，MC[10.5]＝2，MC[10.6]＝1。根據(jù)反饋原理，發(fā)送數(shù)據(jù)10.3的傳感器結(jié)點(diǎn)被選擇為代表結(jié)點(diǎn)。顯然，上述選擇方法的優(yōu)點(diǎn)是避免了某個從屬結(jié)點(diǎn)過多地被選擇為代表結(jié)點(diǎn)，使其能量過多損耗，從而達(dá)到均衡群簇內(nèi)從屬結(jié)點(diǎn)能量損耗的目的。當(dāng)Nout個代表結(jié)點(diǎn)都被決定以后，所有非代表結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠的時間為tslp＝γ·trp，這里trp是數(shù)據(jù)報告周期，γ是位于1和ns-1之間的整數(shù)。反饋過程完成后，在接下來的γ個數(shù)據(jù)報告周期中，只有Nout個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給群簇中的主結(jié)點(diǎn)。
圖6是本發(fā)明數(shù)據(jù)提取與反饋過程循環(huán)示意圖。在第一個數(shù)據(jù)報告周期，群簇中的所有從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給主結(jié)點(diǎn)，主結(jié)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明中的數(shù)據(jù)提取與反饋過程處理數(shù)據(jù)。處理結(jié)束后，K-Nout個從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時間由參數(shù)γ決定，參數(shù)γ的取值決策參考圖10中101。此后，在休眠時間段內(nèi)，僅有Nout個從屬結(jié)點(diǎn)向主結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，主結(jié)點(diǎn)不需要執(zhí)行數(shù)據(jù)提取與反饋過程。直到休眠結(jié)束，在第γ+2個數(shù)據(jù)報告周期，數(shù)據(jù)提取與反饋過程才被重復(fù)執(zhí)行。
圖7是傳統(tǒng)方法和本發(fā)明通信過程的比較。圖7中的71是傳統(tǒng)方法的通信過程在所有的數(shù)據(jù)報告周期，K個從屬結(jié)點(diǎn)都向主結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；主結(jié)點(diǎn)進(jìn)行噪聲去除等基本處理后轉(zhuǎn)發(fā)所有的K個數(shù)據(jù)。圖7中的72是新發(fā)明機(jī)制的通信過程，該過程參照圖6的描述。
圖8是本發(fā)明的傳感器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。圖8中的81是休眠計時模塊；82是休眠通知模塊。當(dāng)反饋過程結(jié)束后，主結(jié)點(diǎn)通過休眠通知模塊發(fā)送休眠消息給非代表結(jié)點(diǎn)，通知其休眠參數(shù)γ。非代表結(jié)點(diǎn)接收到休眠消息后，進(jìn)入休眠，并同時啟動休眠計時模塊開始計時。休眠時間結(jié)束，休眠計時模塊立刻喚醒傳感器設(shè)備。圖8中的83是SOM運(yùn)算與反饋模塊，SOM運(yùn)算模塊用于確定典型數(shù)據(jù)個數(shù)、休眠時間以及執(zhí)行SOM算法，反饋模塊用于執(zhí)行反饋操作。
圖9是本發(fā)明能量損耗模型。圖9中的91是感應(yīng)能量損耗模型。當(dāng)傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)時，所消耗的能量計算公式為ESd(S)＝S·Esd(1)，這里，S是感應(yīng)的次數(shù)，ESd(1)是感應(yīng)一次數(shù)據(jù)所消耗的能量。圖9中的92是數(shù)據(jù)處理能量損耗模型。處理器處理數(shù)據(jù)所消耗的能量計算公式為EProx=ω+Σiλiτi.]]>這里，ω是訪問內(nèi)存的能量損耗，λi是類型為i的指令數(shù)量，τi是執(zhí)行一條類型為i的指令所需要的能量。圖9中的93是發(fā)送數(shù)據(jù)時的能量損耗模型。當(dāng)傳感器設(shè)備發(fā)送1比特的數(shù)據(jù)時，消耗的數(shù)據(jù)發(fā)送能量為ETx(l，d)＝l·(Eelec+efsd2)。這里，Eelec是運(yùn)行發(fā)送機(jī)電路所需的能量，efs是放大器能量，d是數(shù)據(jù)被傳輸?shù)木嚯x。圖9中的94是接收數(shù)據(jù)時的能量損耗模型。當(dāng)傳感器設(shè)備接收1比特的數(shù)據(jù)時，消耗的數(shù)據(jù)接收能量為ERx(l)＝l·Eelec，這里，Eelec是運(yùn)行接收機(jī)電路所需的能量。運(yùn)行發(fā)送機(jī)電路與運(yùn)行接收機(jī)電路所需的能量都為Eelec，利用上面的公式，可以很容易計算出傳統(tǒng)方式下整個傳感器群簇所消耗的總能量，以及在利用本發(fā)明方案下整個傳感器群簇所消耗的總能量。
圖10是本發(fā)明實施標(biāo)準(zhǔn)的流程圖。在實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，在實施本發(fā)明之前必須確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗能夠被節(jié)省。因此，必須根據(jù)圖9的能量損耗模型提前計算不使用本發(fā)明時整個群簇在穩(wěn)定周期tcs內(nèi)所消耗的總能量ETot[1]，以及在使用本發(fā)明時整個群簇在穩(wěn)定周期tcs內(nèi)所消耗的總能量ETot[2]。本發(fā)明通過動態(tài)能量管理，即讓某些從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)省通信能量(包括發(fā)送和接收能量)和感應(yīng)能量的目的。但是，本發(fā)明中數(shù)據(jù)提取過程使用的SOM算法會消耗一定的數(shù)據(jù)處理能量。如果本發(fā)明實施時選擇的參數(shù)不合適，就會出現(xiàn)SOM進(jìn)行數(shù)據(jù)處理消耗的能量大于所節(jié)省的通信和感應(yīng)能量，即ETot[2]＞ETot[1]。
對一個已經(jīng)部署完畢的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(如Eelec，efs，tcs，trp等)都是固定不變的。于是，影響本發(fā)明所消耗能量的可調(diào)參數(shù)僅為γ和Nout。當(dāng)γ值越大，Nout越小時，在本發(fā)明中傳感器網(wǎng)絡(luò)消耗的能量越小，但同時，傳感器網(wǎng)絡(luò)所檢測數(shù)據(jù)的精確度就越低。因此，γ和Nout的值應(yīng)該被恰當(dāng)?shù)倪x擇。本發(fā)明實施標(biāo)準(zhǔn)的判定步驟為1)主結(jié)點(diǎn)在[1，ns-1]之間隨機(jī)選擇一個γ的初值，Nout初值可以選擇為Nout＝
。
2)主結(jié)點(diǎn)計算出ETot[1]和ETot[2]。
3)如果ETot[2]＜ETot[1]，主結(jié)點(diǎn)決定實施本發(fā)明方案，判定結(jié)束；否則，進(jìn)入步驟4。
4)主結(jié)點(diǎn)判斷γ和Nout是否等于門限值γ0和N0，這里，γ0＝ns-1，N0可以取N0＝
。如果γ和Nout均等于門限值，進(jìn)入步驟7，否則進(jìn)入5。
5)主結(jié)點(diǎn)增加γ和/或減小Nout的值，這里γ的增加方式為γ＝γ+l，Nout的減少方式為Nout＝Nout-
。
6)重復(fù)步驟2～5。
7)主結(jié)點(diǎn)決定不采用本發(fā)明方案，判定結(jié)束。
圖11是傳統(tǒng)方案和本發(fā)明總能量損耗的比較。圖中的h是從主結(jié)點(diǎn)到控制臺之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)。這里K的取值為500?？梢杂^察到，隨著h值的增加，傳統(tǒng)方法能量消耗曲線急劇上升，而采用本發(fā)明的能量消耗曲線受h值變化的影響非常小。這是因為在本發(fā)明中，經(jīng)過數(shù)據(jù)提取以及動態(tài)能量管理，主結(jié)點(diǎn)向控制臺轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量大大減少。此外，當(dāng)γ變大時，本發(fā)明所消耗的能量也變得更少。在標(biāo)記111標(biāo)示的總能量損耗對比圖中，當(dāng)h＝3，γ＝3時，本發(fā)明所消耗的能量大約為傳統(tǒng)方法的40％左右，而在標(biāo)記112標(biāo)示的總能量損耗對比圖中，當(dāng)h＝3，γ＝5時，本發(fā)明所消耗的能量甚至少于傳統(tǒng)方法的30％。
我們利用計算機(jī)仿真來評測本發(fā)明的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。評估的參量是平均量化誤差(AQEAverage Quantization Error)。量化誤差(Quantization Error)的定義為QE=||x-w(x)||||x||,]]>這里，w(x)表示與輸入數(shù)據(jù)x最匹配的輸出單元。于是，平均量化誤差定義為AQE=1KΣi=1K||xi-wc(x)||||xi||.]]>這里K的取值為500；輸入數(shù)據(jù)為一維向量，其值分布遵循均值為70，方差為5的高斯分布。圖12A是一次仿真的結(jié)果?？梢钥吹?，絕大多數(shù)輸入數(shù)據(jù)的量化誤差在一個固定值上下浮動；此外，量化誤差與Nout成反比例關(guān)系，比如，當(dāng)Nout為20時，見例圖標(biāo)記1220所示，量化誤差峰值為8.5％，當(dāng)Nout減少到10時，見附圖標(biāo)記1210所示，量化誤差峰值為10.3％。圖12B顯示了100次獨(dú)立仿真的平均量化誤差?？梢钥闯?，本發(fā)明的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度是非常高的。當(dāng)Nout為20時，見附圖標(biāo)記123表示的曲線，平均量化誤差大約為1％；當(dāng)Nout為15時，見附圖標(biāo)記122表示的曲線，平均量化誤差大約為1.4％；當(dāng)Nout為減少到10時，見附圖標(biāo)記121表示的曲線，平均量化誤差也只有2.3％左右。
以上所述僅是本專利的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)能量管理方法，其中該網(wǎng)絡(luò)至少包括一個主結(jié)點(diǎn)和與該主結(jié)點(diǎn)相應(yīng)的K個從屬結(jié)點(diǎn)，其中K為整數(shù)，其特征在于包括如下步驟a)典型數(shù)據(jù)確定步驟，主結(jié)點(diǎn)接收從K個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的K個數(shù)據(jù)，確定輸出典型數(shù)據(jù)的個數(shù)Nout，利用所述K個數(shù)據(jù)確定Nout個典型數(shù)據(jù)；其中Nout為整數(shù)，且Nout＜K；b)反饋步驟，主結(jié)點(diǎn)依據(jù)從所述典型數(shù)據(jù)確定步驟中確定的Nout個典型數(shù)據(jù)，選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，通知其它從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)和休眠時間；c)進(jìn)入休眠的從屬結(jié)點(diǎn)休眠時間結(jié)束后，重復(fù)步驟a)～步驟b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述典型數(shù)據(jù)確定步驟采用SOM算法利用所述K個數(shù)據(jù)確定所述Nout個典型數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述K個數(shù)據(jù)組成輸入向量集，所述SOM算法包括如下步驟1)初始化步驟，隨機(jī)產(chǎn)生Nout個互不相等的值作為Nout個典型數(shù)據(jù)的初始值，其中Nout為預(yù)先確定的典型數(shù)據(jù)的個數(shù)；2)取樣步驟，從輸入向量集合中取樣輸入向量；3)相似匹配步驟，使用最小歐幾里得距離的準(zhǔn)則為每個取樣的輸入向量X尋找最匹配的典型數(shù)據(jù)；4)更新步驟，利用更新公式調(diào)整典型數(shù)據(jù)；5)循環(huán)步驟，重復(fù)步驟2)～步驟4)直到所有輸入向量都處理過，如果輸入向量個數(shù)小于U，則需要重復(fù)輸入直到循環(huán)次數(shù)大于U次，其中U是一個預(yù)先設(shè)定的需要循環(huán)的次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述最小歐幾里得距離由下式?jīng)Q定mini||x-wi||=miniΣj=1m(dj-wij)2,]]>其中x為輸入向量，wi為第i個典型數(shù)據(jù)，dj為m維輸入向量x的第j個分量，wij為m維典型數(shù)據(jù)wi的第j個分量，i為1，2...NOUT，j，m均為整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述調(diào)整典型數(shù)據(jù)的更新公式為w′i＝wi+α(u)Nc(u)×(x-wi)，其中wi為當(dāng)前典型數(shù)據(jù)的值，w’i為更新后的值，α(u)是學(xué)習(xí)率參數(shù)，Nc(u)是匹配的典型數(shù)據(jù)的鄰域函數(shù)，其中0＜α(u)＜1，x為輸入向量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述Nc(u)為高斯鄰域函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述學(xué)習(xí)率參數(shù)α(u)的更新公式為α(u)=α(0)·(1-uU),]]>其中，α(0)為學(xué)習(xí)率初始值，u為當(dāng)前的循環(huán)次數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一個的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，Nout＜＜K。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一個的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)采用如下步驟a)針對Nout個典型數(shù)據(jù)，從輸入數(shù)據(jù)中選擇Nout個數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)集對應(yīng)相關(guān)的一個典型數(shù)據(jù)；b)從每個數(shù)據(jù)集中選取一個最佳輸入數(shù)據(jù)，該最佳輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)曾經(jīng)被選擇作為代表結(jié)點(diǎn)的次數(shù)最少，從而選定發(fā)送該最佳輸入數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一個的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述Nout和休眠時間的確定采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一個的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，主結(jié)點(diǎn)還轉(zhuǎn)發(fā)典型數(shù)據(jù)給控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制臺。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，利用公式Sm＝{xm|‖xm-wi‖≤ε}從所述K個數(shù)據(jù)中選擇Nout個數(shù)據(jù)集Sm，其中Sm是K個數(shù)據(jù)組成的集合中的一個子集合，wi為典型數(shù)據(jù)，xm為輸入向量，ε為根據(jù)特定要求設(shè)定的一個特定值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，Nout＜＜K。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，Nout＜＜K。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，Nout＜＜K。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，Nout＜＜K。
17.根據(jù)權(quán)利要求9的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述Nout和休眠時間的確定采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述Nout和休眠時間的確定采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，所述Nout和休眠時間的確定采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的動態(tài)能量管理方法，其特征在于，主結(jié)點(diǎn)還轉(zhuǎn)發(fā)典型數(shù)據(jù)給控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的控制臺。
21.一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器設(shè)備，包括數(shù)據(jù)感應(yīng)組件，數(shù)據(jù)處理組件和通信組件，數(shù)據(jù)感應(yīng)組件用于感應(yīng)特定的信息數(shù)據(jù)，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理組件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通信組件用于收發(fā)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)處理組件連接，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理組件包括SOM運(yùn)算模塊、反饋模塊，所述通信組件包括休眠通知模塊，其中，當(dāng)所述傳感器設(shè)備用作主結(jié)點(diǎn)時，接收從K個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的K個數(shù)據(jù)，所述SOM運(yùn)算模塊首先確定典型數(shù)據(jù)個數(shù)Nout和休眠時間，然后利用從K個從屬結(jié)點(diǎn)接收的K個數(shù)據(jù)，確定Nout個典型數(shù)據(jù)；其中K、Nout為整數(shù)，且Nout＜K，所述反饋模塊利用確定的所述Nout個典型數(shù)據(jù)，選取Nout個從屬結(jié)點(diǎn)作為繼續(xù)工作的代表結(jié)點(diǎn)，選取其它從屬結(jié)點(diǎn)作為進(jìn)入休眠的結(jié)點(diǎn)，所述休眠通知模塊用于通知所述其它從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以及休眠時間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的傳感器設(shè)備，其特征在于，還包括休眠時間計時模塊，當(dāng)傳感器設(shè)備用作從屬結(jié)點(diǎn)，并且接收到休眠消息后，所述休眠時間計時模塊開始計時，一旦休眠時間結(jié)束，休眠時間計時模塊立刻喚醒傳感器設(shè)備。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的傳感器設(shè)備，其特征在于，Nout＜＜K。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的傳感器設(shè)備，其特征在于，Nout＜＜K。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一個的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述K個數(shù)據(jù)組成輸入向量集，所述SOM運(yùn)算模塊確定典型數(shù)據(jù)采用如下操作步驟1)初始化步驟，隨機(jī)產(chǎn)生Nout個互不相等的值作為Nout個典型數(shù)據(jù)的初始值，其中Nout為預(yù)先確定的典型數(shù)據(jù)的個數(shù)；2)取樣步驟，從輸入向量集合中取樣輸入向量；3)相似匹配步驟，使用最小歐幾里得距離的準(zhǔn)則為每個取樣的輸入向量X尋找最匹配的典型數(shù)據(jù)；4)更新步驟，利用更新公式調(diào)整典型數(shù)據(jù)；5)循環(huán)步驟，重復(fù)步驟2)～步驟4)直到所有輸入向量都處理過，如果輸入向量個數(shù)小于U，則需要重復(fù)輸入直到循環(huán)次數(shù)大于U次，其中U是一個預(yù)先設(shè)定的需要循環(huán)的次數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一個的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述所述SOM運(yùn)算模塊確定Nout和休眠時間采用如下步驟I)確定Nout的初始值，同時確定一個休眠時間的初始值；II)計算在相同時間內(nèi)當(dāng)前Nout個從屬結(jié)點(diǎn)工作的情況下的總的能量損耗ETot[2]和全部從屬結(jié)點(diǎn)均工作的情況下的總能量損耗ETot[1]；III)如果ETot[2]＜ETot[1]，則當(dāng)前Nout的值即為確定的Nout的值，當(dāng)前的休眠時間即為確定的休眠時間；否則，在預(yù)定范圍內(nèi)減小Nout的值和/或增加休眠時間，重復(fù)步驟I)至步驟III)，如果在預(yù)定范圍的所有Nout值和所有休眠時間都不能使得ETot[2]＜ETot[1]，則采用全部從屬結(jié)點(diǎn)工作。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一個的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述反饋模塊選取代表結(jié)點(diǎn)采用如下步驟a)針對Nout個典型數(shù)據(jù)，從輸入數(shù)據(jù)中選擇Nout個數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)集對應(yīng)相關(guān)的一個典型數(shù)據(jù)；b)從每個數(shù)據(jù)集中選取一個最佳輸入數(shù)據(jù)，該最佳輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)曾經(jīng)被選擇作為代表結(jié)點(diǎn)的次數(shù)最少，從而選定發(fā)送該最佳輸入數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Networks)中基于自組織圖(SOM)的動態(tài)能量管理方法與實現(xiàn)該方法的裝置，主結(jié)點(diǎn)接收多個從屬結(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，利用所述接收的多個數(shù)據(jù)采用SOM算法確定典型數(shù)據(jù)；主結(jié)點(diǎn)依據(jù)確定的典型數(shù)據(jù)，選取與典型數(shù)據(jù)個數(shù)相同的從屬結(jié)點(diǎn)作為代表結(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，通知其它從屬結(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，從屬結(jié)點(diǎn)休眠時間結(jié)束后，主節(jié)點(diǎn)重新選取代表結(jié)點(diǎn)。
文檔編號H04L12/28GK1889486SQ20051008059
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者黃卿, 陳嵐, 戴曉明 申請人:都科摩(北京)通信技術(shù)研究中心有限公司