專利名稱：基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于合同網(wǎng)協(xié)商模型的、適用 于簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配方法及其裝置。
背景技術(shù)：
WSN (Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量
微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，具有低功耗、低成本、分布 式等特點。由于各傳感器節(jié)點在部署之后就很少再進(jìn)行人工管理和干預(yù)，無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的自主任務(wù)分配的實現(xiàn)成為研究重點。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常采用基于簇的多層次 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它具有良好的可擴展性，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；而現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù) 分配算法多是針對平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，且在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時復(fù)雜度太高； 還沒有專門應(yīng)用于簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配方法。申請?zhí)枮?00810236555.0的發(fā)明公開了一種面向節(jié)能的移動Agent多步協(xié)商任務(wù) 分配方法，包括每個MA與其他MA在基于當(dāng)時的系統(tǒng)消耗下進(jìn)行協(xié)商，并且在一次 協(xié)商中，一個MA只分配到一個任務(wù)。當(dāng)它們完成各自分配的任務(wù)后，重新以當(dāng)前時間 的任務(wù)消耗為基礎(chǔ)再次進(jìn)行協(xié)商，每個MA分配到下一個任務(wù)。其技術(shù)方案以MA的任 務(wù)消耗為基礎(chǔ)進(jìn)行多次協(xié)商，通信量比較大，能耗較高；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，算法復(fù)雜 度會快速增加，不適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)站中的任務(wù)分配；且分配過程中沒有考慮 節(jié)點間能量的平衡問題，有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)生存期的縮短。申請?zhí)枮?01010033866.4的發(fā)明公開了一種基于協(xié)商的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分 配方法，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點作為招標(biāo)方發(fā)布招標(biāo)啟事，等待競標(biāo)方出價； 收到競標(biāo)邀請的節(jié)點根據(jù)對待分配任務(wù)的可完成度以及其當(dāng)前剩余能量來決定是否參與 競標(biāo)，決定參與競標(biāo)的節(jié)點作為競標(biāo)方就待分配任務(wù)的各個屬性進(jìn)行出價；招標(biāo)方采用 多屬性效用函數(shù)來評價與競標(biāo)方的協(xié)商過程中各競標(biāo)方的出價方案，然后選擇標(biāo)的。該 技術(shù)方案采用單回合協(xié)商制，即使同時采用了無失敗策略來避免高失敗率，仍影響了總 體效用和靈活性，使其應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的局限性，僅適用于單節(jié)點進(jìn)行任務(wù)分配或任 務(wù)遷移這樣實時性要求比較高的場景，不能滿足普遍的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù) 分配需求。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實現(xiàn)基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自主任務(wù) 分配，并同時維持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的能量平衡，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了 一種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，所述方法包括
Sl 作為管理者的節(jié)點向剩余能量大于預(yù)置的能量閾值的節(jié)點發(fā)送任務(wù)邀請， 并等待報價；S2收到任務(wù)邀請的節(jié)點作為參與節(jié)點，根據(jù)對所述任務(wù)的可完成度和自己的 剩余能量給出初始報價；S3在最大協(xié)商 時間之前，作為管理者的節(jié)點和參與節(jié)點之間根據(jù)基于時間t 的鮑威爾收斂機制進(jìn)行多輪價格讓步協(xié)商，當(dāng)協(xié)商雙方的報價滿足預(yù)置條件時，協(xié)商成 功，將對應(yīng)的參與節(jié)點作為標(biāo)的；S4作為管理者的節(jié)點將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點，并向所有參與節(jié)點發(fā)送任務(wù) 已分配通知。其中，步驟S3中，所述預(yù)置條件包括在時刻t’，其
？
中，>β為時亥lJt由節(jié)點b發(fā)送給節(jié)點a的報價，由節(jié)點a返回給節(jié)點b
的回價；—(^ )為U勺效用值，‘的效用值。步驟S3中，所述價格讓步協(xié)商過程包括以下子步驟S301收到新的報價的節(jié)點作為當(dāng)前協(xié)商的決策者，發(fā)送所述報價的節(jié)點作為 當(dāng)前協(xié)商的協(xié)商方；S302 當(dāng)前協(xié)商的決策者判斷當(dāng)前時刻是否達(dá)到自己可接受的最大協(xié)商時間， 若是，則拒絕協(xié)商，等待新的報價；若否，進(jìn)入S303;S303當(dāng)前協(xié)商的決策者通過鮑威爾收斂函數(shù)計算其針對所述報價的回價，并 進(jìn)一步判斷所述報價的效用值是否大于或等于所述回價的效用值；若是，則協(xié)商成功， 接受報價，將本次協(xié)商中的參與節(jié)點作為標(biāo)的；若否，向協(xié)商方發(fā)送所述回價；S304收到所述回價的節(jié)點作為新一輪協(xié)商的決策者，發(fā)送所述回價的節(jié)點作 為新一輪協(xié)商的協(xié)商方，返回步驟S302。其中，步驟S3還包括，若到達(dá)最大協(xié)商時間時，沒有出現(xiàn)滿足協(xié)商結(jié)束條件的 報價，選擇報價效用值最高的節(jié)點作為標(biāo)的。其中，所述效用值通過多屬性函數(shù)計算獲得。當(dāng)所述多屬性價格函數(shù)的計算值相等時，通過主屬性滿意度判斷效用值大小。本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配 裝置，所述裝置包括任務(wù)分配單元，向剩余能量大于預(yù)置的能量閾值的參與節(jié)點發(fā)送任務(wù)分配通 知；決策單元，用于根據(jù)基于時間t的鮑威爾收斂機制與參與節(jié)點進(jìn)行多輪價格讓步 協(xié)商，接受滿足協(xié)商結(jié)束條件的報價，并選擇相應(yīng)的參與節(jié)點為標(biāo)的；任務(wù)授權(quán)單元，將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點；分配結(jié)束通知單元，用于向所有參與節(jié)點發(fā)送分配結(jié)果通知。(三)有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案采用合同網(wǎng)作為基本的協(xié)商框架；針對能量和能力更加受限 的傳感器節(jié)點，采用能量作為協(xié)商參與門檻，降低協(xié)商復(fù)雜度的同時平衡各節(jié)點能量； 協(xié)商過程中采用了基于時間t的鮑威爾收斂策略進(jìn)行多回合協(xié)商，在任務(wù)分配實時性和任務(wù)分配效用上取得一定的平衡；此外，還可以實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的分層任務(wù)分配。


圖1是基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法的總流程 圖；圖3是本發(fā)明的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法的價格讓步 協(xié)商過程流程圖；圖4是本發(fā)明的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的基于合同網(wǎng)的適用于簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配方法及其 裝置，結(jié)合附圖和實施例說明如下。圖1為基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 在基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，某一個節(jié)點既可以看作是上層簇的簇成員，也可以 看作是下層簇的簇首。如果當(dāng)前節(jié)點不能單獨完成分配到的任務(wù)，需要其他節(jié)點協(xié)作完 成，其可以發(fā)起任務(wù)分配。本發(fā)明的核心思想在于在基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采取與其簇結(jié)構(gòu) 的層次模型相近的合同網(wǎng)協(xié)商協(xié)議，通過基于時間t的鮑威爾收斂機制的多輪價格讓步協(xié) 商，在剩余能量滿足一定能量閾值的簇成員節(jié)點中選擇任務(wù)執(zhí)行者。如圖2所示，本發(fā)明的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配方法包 括以下步驟Sl 作為管理者的節(jié)點向剩余能量大于預(yù)置的能量閾值的節(jié)點發(fā)送任務(wù)邀請， 并等待報價；本發(fā)明中，將發(fā)起任務(wù)的節(jié)點稱為管理者。管理者節(jié)點無法單獨完成的任務(wù)可 以包括多個議題，其可以將其中的一個或多個議題作為待分配任務(wù)發(fā)出。報價(Offer)是 指參與任務(wù)分配的節(jié)點針對管理者節(jié)點發(fā)出的議題j所提出的一個提議。例如，表 示節(jié)點a在時刻t向節(jié)點b提出的關(guān)于議題j的一個提議。與此相對應(yīng)地，表示節(jié) 點b在收到來自節(jié)點a的報價后，在下一時刻t’向節(jié)點a提出的一個新的提議， 稱為還價(counter offer)。在基于合同網(wǎng)通信協(xié)議的協(xié)商模型中，可以設(shè)置一個能夠參與任務(wù)分配的節(jié)點 的能量閾值。即管理者只能向當(dāng)前剩余能量大于或等于該能量閾值的節(jié)點發(fā)出任務(wù)邀 請。這樣可以降低合同網(wǎng)的通信量，從而減少能量消耗；并且這種邀請方式更趨向于將 任務(wù)分配給具有高剩余能量的節(jié)點，避開剩余能量較低的節(jié)點，這也有利于維持節(jié)點間 能量平衡。其中，能量閾值的計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，其特征在于，所述方法 包括以下步驟Si:作為管理者的節(jié)點向剩余能量大于預(yù)置的能量閾值的節(jié)點發(fā)送任務(wù)邀請，并等 待報價；S2收到任務(wù)邀請的節(jié)點作為參與節(jié)點，根據(jù)對所述任務(wù)的可完成度和自己的剩余 能量給出初始報價；S3在最大協(xié)商時間之前，作為管理者的節(jié)點和參與節(jié)點之間根據(jù)基于時間t的鮑威 爾收斂機制進(jìn)行多輪價格讓步協(xié)商，當(dāng)協(xié)商雙方的報價滿足預(yù)置條件時，協(xié)商成功，將 對應(yīng)的參與節(jié)點作為標(biāo)的；S4作為管理者的節(jié)點將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點，并向所有參與節(jié)點發(fā)送任務(wù)已分 配通知。
2.如權(quán)利要求1所述的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，其特征 在于，步驟S3中，所述預(yù)置條件包括在時刻t’，「a(i>a)〃a(‘>6).其中，< 為 時刻t由節(jié)點b發(fā)送給節(jié)點a的報價， ’_>δ為時刻t’由節(jié)點a返回給節(jié)點b的回價；一為的效用值，乏力)為<’-力的效用值。
3.如權(quán)利要求2所述的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，其特征在 于，步驟S3中，所述價格讓步協(xié)商過程包括以下子步驟S301 收到新的報價的節(jié)點作為當(dāng)前協(xié)商的決策者，發(fā)送所述報價的節(jié)點作為當(dāng)前 協(xié)商的協(xié)商方；S302當(dāng)前協(xié)商的決策者判斷當(dāng)前時刻是否達(dá)到自己可接受的最大協(xié)商時間，若 是，則拒絕協(xié)商，等待新的報價；若否，進(jìn)入S303;S303當(dāng)前協(xié)商的決策者通過鮑威爾收斂函數(shù)計算其針對所述報價的回價，并進(jìn)一 步判斷所述報價的效用值是否大于或等于所述回價的效用值；若是，則協(xié)商成功，接受 報價，將本次協(xié)商中的參與節(jié)點作為標(biāo)的；若否，向協(xié)商方發(fā)送所述回價；S304收到所述回價的節(jié)點作為新一輪協(xié)商的決策者，發(fā)送所述回價的節(jié)點作為新 一輪協(xié)商的協(xié)商方，返回步驟S302。
4.如權(quán)利要求3所述的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，其特征在 于，步驟S3還包括，若到達(dá)最大協(xié)商時間時，沒有出現(xiàn)滿足協(xié)商結(jié)束條件的報價，選擇 報價效用值最高的節(jié)點作為標(biāo)的。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法， 其特征在于，所述效用值通過多屬性函數(shù)計算獲得。
6.如權(quán)利要求5所述的基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，其特征在 于，當(dāng)所述多屬性價格函數(shù)的計算值相等時，通過主屬性滿意度判斷效用值大小。
7.—種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配裝置，其特征在于，所述裝置 包括任務(wù)分配單元，向剩余能量大于預(yù)置的能量閾值的參與節(jié)點發(fā)送任務(wù)分配通知；決策單元，用于根據(jù)基于時間t的鮑威爾收斂機制與參與節(jié)點進(jìn)行多輪價格讓步協(xié) 商，接受滿足協(xié)商結(jié)束條件的報價，并選擇相應(yīng)的參與節(jié)點為標(biāo)的；任務(wù)授權(quán)單元，將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點；分配結(jié)束通知 單元，用于向所有參與節(jié)點發(fā)送分配結(jié)果通知。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法及裝置，其中，所述方法包括S1管理者向剩余能量大于能量閾值的節(jié)點發(fā)送任務(wù)邀請；S2參與節(jié)點根據(jù)對任務(wù)的可完成度和自己的剩余能量給出初始報價；S3在最大協(xié)商時間之前，管理者和參與節(jié)點根據(jù)基于時間t的鮑威爾收斂機制進(jìn)行價格讓步協(xié)商，當(dāng)協(xié)商雙方的報價滿足預(yù)置條件時，協(xié)商成功，將對應(yīng)的參與節(jié)點作為標(biāo)的；S4管理者將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點，并向所有參與節(jié)點發(fā)送任務(wù)已分配通知。本發(fā)明采用能量作為協(xié)商參與門檻，降低協(xié)商復(fù)雜度的同時平衡各節(jié)點能量；在任務(wù)分配實時性和任務(wù)分配效用上取得一定的平衡；還可以實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的分層任務(wù)分配。
文檔編號H04W72/04GK102014439SQ20101061836
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者孟洛明, 李玉坤, 楊楊, 王智立, 邱雪松, 陳興渝, 高志鵬 申請人:北京郵電大學(xué)