專利名稱：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù) 協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)由于其高度的學(xué)科交叉性和廣泛 的應(yīng)用前景受到世界各地學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，是新興的前沿?zé)狳c(diǎn)研究方向。其被 廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域來(lái)處理敏感的信息，應(yīng)用場(chǎng)景包括軍事、工業(yè)、家庭、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān) 測(cè)等諸多領(lǐng)域。比如，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)建筑物內(nèi)火災(zāi)發(fā)生進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)地預(yù)報(bào)；當(dāng)發(fā) 生地震、水災(zāi)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴或遭受其他災(zāi)難打擊的應(yīng)急場(chǎng)合，也需要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這種不 依賴任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、能快速布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；在地處偏遠(yuǎn)、動(dòng)植物受到保護(hù)的自 然保護(hù)區(qū)或濕地保護(hù)區(qū)，無(wú)法采用固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信，而采用無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)來(lái)進(jìn)行信號(hào)采集與處理毫無(wú)疑問(wèn)是最佳的選擇。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)作為組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元，受到實(shí)際應(yīng)用等諸多 方面的影響，其能量、通信半徑、計(jì)算能力、感知范圍等都是有限的。一般在實(shí)際應(yīng)用中，單 個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)法完成指定任務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式特點(diǎn)，使得在車況復(fù)雜的交通運(yùn)輸方 面，在戰(zhàn)況激烈的軍事戰(zhàn)場(chǎng)，在醫(yī)護(hù)醫(yī)療方面，在大片的動(dòng)物養(yǎng)殖基地和海洋環(huán)境下，需要 對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、定位及跟蹤的應(yīng)用要求下，要求多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作來(lái)達(dá)到應(yīng) 用需求。協(xié)作作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本屬性，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的基本模式，為了充 分利用傳感器節(jié)點(diǎn)的有限資源，均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，選取最合適的節(jié)點(diǎn)來(lái)參加任務(wù)的協(xié)作 處理，可以避免任務(wù)處理中不必要的通信消耗與時(shí)間延遲。復(fù)雜任務(wù)協(xié)作求解時(shí)，需要預(yù)先 對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述與分解，然后由某些能量較大的節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)管理，經(jīng)過(guò)若干通信與計(jì)算 后，挑選出協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)任務(wù)進(jìn)行協(xié)作。Mauri Kuorilehto所寫(xiě)的一篇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用的綜述中總結(jié)了近年 來(lái)，在協(xié)作復(fù)雜任務(wù)處理的過(guò)程中，任務(wù)處理時(shí)的任務(wù)間通信以及任務(wù)遷移都在在整個(gè)工 作區(qū)域進(jìn)行的，劃分后的子任務(wù)都是從整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)挑選節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行任務(wù)處理的。而當(dāng) 感知節(jié)點(diǎn)通知某節(jié)點(diǎn)來(lái)處理相應(yīng)任務(wù)時(shí)，此節(jié)點(diǎn)可能還在處理上一個(gè)任務(wù)，這時(shí)就會(huì)帶來(lái) 任務(wù)的堆積，從而導(dǎo)致任務(wù)處理的時(shí)間延遲；或此正在處理任務(wù)的節(jié)點(diǎn)直接拒絕感知節(jié)點(diǎn) 的征用要求，不對(duì)下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行處理，引起無(wú)效通信，增加能耗。以上種種不足嚴(yán)重降低 了復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的效率，浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)能量。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種在無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法，此方法應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊 時(shí)，可以提高復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的效率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法，該方法包括如下步驟
(1)感知節(jié)點(diǎn)感知到復(fù)雜任務(wù)后對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述并分解為m個(gè)子任務(wù)；
(2)感知節(jié)點(diǎn)廣播消息要求工作區(qū)域內(nèi)的所有一跳范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)返回各自的ID 號(hào)、位置信息和能量信息，收到廣播消息的其他節(jié)點(diǎn)將各自的ID號(hào)、位置信息和自身剩余 能量返回給感知節(jié)點(diǎn)；
(3)感知節(jié)點(diǎn)收到各節(jié)點(diǎn)的返回信息后，根據(jù)能量由大到小順序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，得到 節(jié)點(diǎn)序列、S2、S3…Si…Sx ；
(4)根據(jù)步驟(3)中的節(jié)點(diǎn)排序，感知節(jié)點(diǎn)分析兩節(jié)點(diǎn)與感知節(jié)點(diǎn)三點(diǎn)組成角度的大 小，選出夾角值符合要求的節(jié)點(diǎn)，確定這些節(jié)點(diǎn)為控制節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)與步驟(1)中 分解的子任務(wù)的個(gè)數(shù)相等，即為m個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，定義兩節(jié)點(diǎn)與感知節(jié)點(diǎn)三點(diǎn)組成的角度為
，則存在以下關(guān)系
權(quán)利要求
，則存在以下關(guān)系
1.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法，其特征在于該方法包括 如下步驟(1)感知節(jié)點(diǎn)感知到復(fù)雜任務(wù)后對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述并拆分為m個(gè)子任務(wù)；(2)感知節(jié)點(diǎn)廣播消息要求工作區(qū)域內(nèi)的所有一跳范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)返回各自的ID 號(hào)、位置信息和能量信息，收到廣播消息的其他節(jié)點(diǎn)將各自的ID號(hào)、位置信息和自身剩余 能量返回給感知節(jié)點(diǎn)；(3)感知節(jié)點(diǎn)收到各節(jié)點(diǎn)的返回信息后，根據(jù)能量由大到小順序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，得到 節(jié)點(diǎn)序列q、S2、S3…；(4)根據(jù)步驟(3)中的節(jié)點(diǎn)排序，感知節(jié)點(diǎn)分析兩節(jié)點(diǎn)與感知節(jié)點(diǎn)三點(diǎn)組成角度的大 小，選出夾角值符合要求的節(jié)點(diǎn)，確定這些節(jié)點(diǎn)為控制節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)與步驟(1)中 分解的子任務(wù)的個(gè)數(shù)相等，即為m個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，定義兩節(jié)點(diǎn)與感知節(jié)點(diǎn)三點(diǎn)組成的角度為36ff--S於，其中，m為子任務(wù)的個(gè)數(shù)，”為任意非負(fù)的正整數(shù)；mβ(5)根據(jù)步驟(4)選出的控制節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)工作區(qū)域劃分為與控制節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相等的子工 作區(qū)域，即劃分為m個(gè)子工作區(qū)域，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一個(gè)子工作區(qū)域，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的編 號(hào)與各自管理的子工作區(qū)域的編號(hào)保持一致，m個(gè)子任務(wù)分別在這m個(gè)子工作區(qū)域內(nèi)由m個(gè) 控制節(jié)點(diǎn)整體管理協(xié)作過(guò)程；(6)工作區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)比較自身與子工作區(qū)域的位置關(guān)系，來(lái)確定自己屬于 哪一個(gè)子工作區(qū)域，并將自己所屬的子工作區(qū)域號(hào)發(fā)送給感知節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)將每個(gè)子工 作區(qū)域內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)、位置坐標(biāo)和能量值發(fā)送給已經(jīng)確認(rèn)的相應(yīng)子工作區(qū)域內(nèi)的控 制節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)收到后保存信息，然后分析工作區(qū)域內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的各種屬性來(lái)確定哪些 節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法， 其特征在于，步驟(1)還包括感知節(jié)點(diǎn)估計(jì)每個(gè)子任務(wù)處理過(guò)程中控制節(jié)點(diǎn)至少應(yīng)具備的 能量‘的步驟，而在步驟(3)所述的根據(jù)能量由大到小順序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行排序的步驟中，還包括預(yù)先將能量小于Emki的節(jié)點(diǎn)排除的步驟，得到新的節(jié)點(diǎn)序列:si、s2、s3…Si…，其中，m < ρ <n 。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法， 其特征在于，所述的Emkl高于控制節(jié)點(diǎn)與其子工作區(qū)域其他節(jié)點(diǎn)相互通信耗費(fèi)的能量以及協(xié)作處理過(guò)程中挑選協(xié)作節(jié)點(diǎn)的具體計(jì)算消耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法，其特征在于，步驟(2)中所述的其他節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為/ ,其中1 < I' K , 為感知節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，且m < η。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法， 其特征在于，步驟(5)中劃分子工作區(qū)域的具體方法為挑選出能量最相近的相鄰節(jié)點(diǎn)的360。夾角，作這個(gè)角的角平分線，以這條角平分線為基準(zhǔn)，向兩邊分別劃出——角度大小的區(qū)m域，然后再在以此新劃分出的角的邊為基準(zhǔn)繼續(xù)向外劃分出同樣角度的區(qū)域，直到整個(gè)區(qū) 域劃分完成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的控制節(jié)點(diǎn)選取方法，其主要步驟為在感知節(jié)點(diǎn)工作區(qū)域內(nèi)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息都是已知的，感知節(jié)點(diǎn)感知到復(fù)雜任務(wù)后對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述并分解為若干子任務(wù)，感知節(jié)點(diǎn)廣播消息要求工作區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)返回各自的ID號(hào)、位置信息和能量信息，感知節(jié)點(diǎn)根據(jù)能量由大到小順序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，分析兩節(jié)點(diǎn)與感知節(jié)點(diǎn)間夾角，選定符合條件的節(jié)點(diǎn)做為控制節(jié)點(diǎn)，根據(jù)控制節(jié)點(diǎn)的位置將工作區(qū)域劃分為若干子工作區(qū)域，且子工作區(qū)域的個(gè)數(shù)與子任務(wù)的個(gè)數(shù)相等。本發(fā)明應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊，可以提高復(fù)雜任務(wù)協(xié)作處理的效率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量。
文檔編號(hào)H04W52/04GK102123488SQ20111005098
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者巢佳, 張娜, 朱川, 江金芳, 董玉慧, 郭惠, 韓光潔 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)