專利名稱：一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒ā?br> 背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種近年來新興的技術(shù)，最早的研究來自于美國，它由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)通過本身的各種傳感器采集數(shù)據(jù)，通過無線通信的方式，傳遞信息到目的地，共同完成某一目標(biāo)的智能型無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)用于布線和電源供給困難的區(qū)域以及人員不能到達(dá)的區(qū)域時(shí)，為大批量節(jié)點(diǎn)更換電池的工作量大，有時(shí)受環(huán)境制約根本不可能完成。在此情況下，如何節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量開銷，有效利用節(jié)點(diǎn)能量成為關(guān)鍵問題。在特定環(huán)境中，如街道，帶狀的峽谷、長帶狀河流、跨江大橋、高速公路、井下巷道等環(huán)境，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要布置成狹長的帶狀結(jié)構(gòu)。這種特殊的長帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)，有以下特點(diǎn)。路徑單一。普通傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周圍有多個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸可選擇的路徑是多路徑；而帶狀網(wǎng)絡(luò)在寬度方向上節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，因此在數(shù)據(jù)傳輸中，可選的路徑相對(duì)很少， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息只能順著唯一或少量的路徑依次傳遞。多跳匯聚路由。由于帶狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚中心過程中，傳輸?shù)谋容^單一，源節(jié)點(diǎn)采集到的信息要經(jīng)過其他節(jié)點(diǎn)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)。如果網(wǎng)絡(luò)總共有 N個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么最大跳數(shù)是N-I，實(shí)際系統(tǒng)中可能會(huì)多達(dá)幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)處理的信息量不均衡。每個(gè)節(jié)點(diǎn)不但要采集和發(fā)送本地的信息，還要對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)傳送來的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，所以信息量是沿著傳遞路線遞增的，越靠近匯聚節(jié)點(diǎn)，需要處理的信息量就越大?；趲顐鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)，低能耗和均衡節(jié)點(diǎn)功耗的要求迫在眉睫?，F(xiàn)有的基于功率控制的拓?fù)淇刂扑惴ㄔ趲顐鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用受到了很大的制約。如COMPOW 算法在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都使用公共的發(fā)射功率，顯然會(huì)導(dǎo)致帶狀網(wǎng)絡(luò)的某些節(jié)點(diǎn)的能量過快的消耗；LMA算法需要預(yù)設(shè)的系數(shù)過多，這些系數(shù)會(huì)給算法性能造成很大影響，無法較好權(quán)衡影響網(wǎng)絡(luò)生命周期的多種拓?fù)涮匦?；LMST算法在拓?fù)渖蛇^程中未考慮形成鏈接的對(duì)端能量是否相對(duì)充沛，無法滿足均衡能耗的要求；CBTC算法未對(duì)低能量節(jié)點(diǎn)采取保護(hù)策略，忽略了節(jié)點(diǎn)在路由中的能耗不平衡問題。如何在帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)中均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗提高網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間增加網(wǎng)絡(luò)壽命成為亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，以在獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，盡量減少各傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，并平衡各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其不同之處在于其依次包括如下步驟步驟1)、信息收集階段由位于帶狀區(qū)域傳感器匯聚中心節(jié)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的向位于帶狀區(qū)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)起，傳感器節(jié)點(diǎn)得到與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的信道質(zhì)量參數(shù)，建立初始拓?fù)溥B接圖；步驟2)、拓?fù)鋬?yōu)化階段每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)，得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，確定節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑；步驟3)、發(fā)射功率控制階段各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，由匯聚節(jié)點(diǎn)開始由近及遠(yuǎn)進(jìn)行功率控制，從而減少通信間干擾，降低能量消耗。按以上方案，所述步驟1)的具體步驟為11)、首先，匯聚節(jié)點(diǎn)以其最大發(fā)射功率向其他傳感器節(jié)點(diǎn)，發(fā)送TDM信息包，收到TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)將TDM信息包中跳數(shù)加 1，作為其自身節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，并記錄發(fā)送TDM信息包的節(jié)點(diǎn)ID及接收到TDM 的信號(hào)強(qiáng)度；12)、然后，收到TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)以其最大發(fā)射功率發(fā)送TDFM信息包，收到TDM信息包節(jié)點(diǎn)分別發(fā)送TDFM信息包返回發(fā)送TDM信息包的節(jié)點(diǎn)；接收到TDFM信息包的節(jié)點(diǎn)首先判斷自身ID與是否與TDFM信息包中的目的節(jié)點(diǎn)ID地址相同，如果不同表示這 TDFM信息包不是發(fā)給它的，應(yīng)丟棄；如相同的時(shí)候，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄它收到TDFM信息包的信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)，該傳感器節(jié)點(diǎn)將TDFM信息包中的信息添加到它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表的相應(yīng)位置，匯聚節(jié)點(diǎn)收到所有TDFM信息包之后，建立它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表；13)、最后，收到所有TDFM包的匯聚節(jié)點(diǎn)向外發(fā)送TCM信息包，原來發(fā)送TDFM信息包的節(jié)點(diǎn)接收TCM信息包，收到TCM包的節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立之后作為發(fā)起者繼續(xù)向遠(yuǎn)端的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送TDM信息包；重復(fù)上述步驟11)-13)，直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立完成， 初始拓?fù)溥B接圖形成，信息收集階段結(jié)束。按以上方案，所述步驟2~)的具體步驟為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)，得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，建立節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)間鏈路的可用帶寬的兩變量函數(shù)，分布式計(jì)算自己與各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的連接優(yōu)先級(jí)，根據(jù)兩變量函數(shù)計(jì)算的函數(shù)值，作為其連接優(yōu)先級(jí)，并將信息添加到鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中；當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成連接優(yōu)先級(jí)計(jì)算之后，得到節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑選擇；所述兩變量函數(shù)計(jì)算公式為L = F (Q，B) = aQ+βΒ函數(shù)，Q:能量，B:可用帶寬， 其中α和β表示權(quán)重，α+β = 1，并且α和β均是介于
區(qū)間的值。按以上方案，如更看重網(wǎng)絡(luò)生命周期，α使用大于0.5的值。按以上方案，如果更看重傳輸速率，β使用大于0.5的值。按以上方案，所述步驟3)中，所述功率控制按以下公式進(jìn)行計(jì)算設(shè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過功率調(diào)節(jié)之后的發(fā)射功率為Pt，Pt = PthP_/Pk，其中，Pfflax 傳感器節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的最大發(fā)射功率；Pth 能夠接收到信號(hào)的最小功率；各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的連接優(yōu)先關(guān)系，在自己鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中，選擇跳數(shù)與自己相等或者比自己小的節(jié)點(diǎn)按優(yōu)先關(guān)系排列出由高到低的k個(gè)備選中繼節(jié)點(diǎn)；再根據(jù)選出的k個(gè)節(jié)點(diǎn)，各自從鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中讀取接收數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度并取k個(gè)信號(hào)強(qiáng)度值之間的最
5小值，令其為Pk;傳感器節(jié)點(diǎn)按調(diào)整后的功率Pt發(fā)送數(shù)據(jù)，重新建立新的拓?fù)潢P(guān)系，最終形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化拓?fù)溥B接圖。創(chuàng)新點(diǎn)主要集中如下1.傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)優(yōu)化的信息調(diào)節(jié)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率。減少各傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗。2.由于各節(jié)點(diǎn)建立的功率控制發(fā)射機(jī)制，可使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量消耗處在一個(gè)相對(duì)均衡消耗模式，延長網(wǎng)絡(luò)最大生命周期。


圖1是本發(fā)明發(fā)送TDM信息包過程圖；圖2是本發(fā)明發(fā)送TDFM信息包過程圖；圖3是本發(fā)明發(fā)送TCM信息包過程圖；圖4是本發(fā)明算法階段示意圖；圖5是本發(fā)明信息收集階段流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明具體實(shí)施方式
。本發(fā)明是基于如下的前提假設(shè)的1、傳感器網(wǎng)絡(luò)由N個(gè)普通傳感器節(jié)點(diǎn)和1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)(由Sink表示，也可以叫基站)組成，其中普通節(jié)點(diǎn)具有相同的計(jì)算、通信能力和初始能量水平，而匯聚節(jié)點(diǎn)的能量和計(jì)算能力是沒有限制的。普通節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在一個(gè)MXN米(其中，M>>N)的長方形區(qū)域內(nèi)。2、匯聚節(jié)點(diǎn)位于帶狀網(wǎng)絡(luò)的中央，網(wǎng)絡(luò)部署完畢后，所有節(jié)點(diǎn)(包括Sink節(jié)點(diǎn)) 都是靜止不動(dòng)的。3、傳感器節(jié)點(diǎn)具有全網(wǎng)唯一的ID，同時(shí)鏈路是對(duì)稱的，若已知對(duì)方發(fā)射功率，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出發(fā)送者到自己的近似距離。4、節(jié)點(diǎn)可以調(diào)整自己的無線電發(fā)射功率，也就是節(jié)點(diǎn)可根據(jù)通信距離的長短來調(diào)整發(fā)射功率的大小。5、每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的最大發(fā)射功率Pmax和能夠接收到信號(hào)的最小功率為 PthO在這里，我們用db來表示功率的大小。本發(fā)明所采用的相關(guān)定義如下1)、TDM(Topology Discovery Message)信息包，包含節(jié)點(diǎn)ID，及其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中距離匯聚節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)Hop，匯聚節(jié)點(diǎn)為0。該包由距離匯聚節(jié)點(diǎn)由近到遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)發(fā)出。2)、TDFM(Topology Discovery Feedback Message)信息包,包含其自身 ID,目的節(jié)點(diǎn)ID，其自身距匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)Hop，其接收到TDM信息包的功率該包由收到 TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)反饋給發(fā)送TDM信息包給它的節(jié)點(diǎn)。3),TCM (Topology Confirmation Message)信息包，包含其自身 ID,目的節(jié)點(diǎn) ID, 其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中距離匯聚節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)Hop，及其接收到TDFM的功率該包由收到TDFM
6信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)反饋給發(fā)送TDFM信息包的節(jié)點(diǎn)。4)、LP，表示傳感器節(jié)點(diǎn)之間的連接優(yōu)先級(jí)，用整數(shù)表示。數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高， 表明節(jié)點(diǎn)間的能量、帶寬、通信信道質(zhì)量等優(yōu)化參數(shù)更好。5)、鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表，該列表由每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的上一跳和下一條的鄰居信息分布式建立，包含鄰居節(jié)點(diǎn)ID，鄰居節(jié)點(diǎn)距離匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)Hop，其發(fā)送 TDM信息包時(shí)鄰居節(jié)點(diǎn)收到TDM信息包的信號(hào)強(qiáng)度以及其收到鄰居節(jié)點(diǎn)TDFM信息包的信號(hào)強(qiáng)度，還有其與所有鄰居節(jié)點(diǎn)連接優(yōu)先級(jí)LP。本發(fā)明采用的拓?fù)淇刂扑惴ò齻€(gè)階段信息收集階段，拓?fù)鋬?yōu)化和發(fā)射功率控制階段。在信息收集階段，傳感器節(jié)點(diǎn)得到與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的信道質(zhì)量參數(shù)，建立初始拓?fù)溥B接圖。在拓?fù)鋬?yōu)化階段，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)，得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)。在發(fā)射功率控制階段，在拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，并通過功率控制，減少通信間干擾，降低能量消耗。如圖1-圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例包括如下具體步驟1)、信息收集階段信息收集過程由位于帶狀區(qū)域傳感器匯聚中心節(jié)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的向位于帶狀區(qū)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)起。首先，如圖1所示，匯聚節(jié)點(diǎn)1以其最大發(fā)射功率Pmax向其他傳感器節(jié)點(diǎn)，發(fā)送 TDMl信息包。信號(hào)經(jīng)過一定距離后，其信號(hào)強(qiáng)度會(huì)衰減為P。當(dāng)且僅當(dāng)P > Pth時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)才能接收到TDMl信息包，同時(shí)，如圖1所示意的，收到TDMl信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)2、3、 4將TDMl信息包中跳數(shù)加1，作為其自身節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)Hop，并記錄發(fā)送TDMl 信息包的節(jié)點(diǎn)ID及接收到TDM的信號(hào)強(qiáng)度，用已表示。然后，收到TDMl信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)以其最大發(fā)射功率Pmax發(fā)送TDFM信息包，如圖2所示。由于收到TDMl節(jié)點(diǎn)為2、3、4節(jié)點(diǎn)，因此這3個(gè)節(jié)點(diǎn)分別發(fā)送TDFM信息包返回節(jié)點(diǎn)1，由于可能收到的傳感器節(jié)點(diǎn)是多個(gè)的傳感器節(jié)點(diǎn)，因此接收者首先判斷自身ID與是否與TDFM信息包中的目的節(jié)點(diǎn)ID地址相同，如果不同表示這TDFM信息包不是發(fā)給它的， 應(yīng)丟棄。相同的時(shí)候，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄它收到TDFM信息包的信號(hào)強(qiáng)度，用P/表示。同時(shí)， 該傳感器節(jié)點(diǎn)將TDFM信息包中的信息添加到它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表的相應(yīng)位置。在圖3中，雖然傳感器節(jié)點(diǎn)5在傳感器節(jié)點(diǎn)4的通信范圍之內(nèi)，但由于它們并不是發(fā)送TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)，所以他們接收到TDFM信息包后將直接丟棄。對(duì)于節(jié)點(diǎn)3， 盡管它接收到來自節(jié)點(diǎn)1發(fā)送的TDM信息包，但由于其自身信號(hào)角度等因素，節(jié)點(diǎn)1并不在其通信范圍之內(nèi)，因此節(jié)點(diǎn)1只能收到來自節(jié)點(diǎn)4、5的TDFM信息包，而不能收到來自節(jié)點(diǎn) 3的TDFM信息包。節(jié)點(diǎn)1收到所有TDFM信息包之后，建立它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表。最后，收到TDFM包的傳感器節(jié)點(diǎn)向外發(fā)送TCM信息包，如圖3所示。我們規(guī)定在發(fā)送TDM信息包到發(fā)送TCM信息包的這個(gè)過程中，節(jié)點(diǎn)間的通信信道質(zhì)量不變。因此，節(jié)點(diǎn)收到TDM信息包和TCM信息包的信息強(qiáng)度是相同的。收到TCM信息包之后，傳感器節(jié)點(diǎn)也將建立自己的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表。在圖3中，如果節(jié)點(diǎn)1只收到來自節(jié)點(diǎn)2、4的TDFM信息包，所以只有節(jié)點(diǎn)2、4能夠接收TCM信息包。此時(shí)，收到TCM包的節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)4，在鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立之后，就作為發(fā)起者，繼續(xù)向遠(yuǎn)端的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送TDM信息包，重復(fù)上述過程，直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立完成，即初始拓?fù)溥B接圖形成，信息收集階段結(jié)束。2)、拓?fù)鋬?yōu)化和發(fā)射功率控制階段在拓?fù)鋬?yōu)化過程中，根據(jù)上面描述的方法，網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)將根據(jù)自己的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中的信息計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)。初始狀態(tài)時(shí)候，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可使用能量Q是相同的，在每發(fā)送數(shù)據(jù)包后，都會(huì)消耗部分能量，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的剩余能量，以及節(jié)點(diǎn)間鏈路的可用帶寬，分布式計(jì)算自己與各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的連接優(yōu)先級(jí)LP，L = F(Q，B) = aQ+βΒ函數(shù)，是關(guān)于能量和可用帶寬的兩變量函數(shù)，其中α和 β表示權(quán)重，α+β = 1，并且α和β均是介于W，l]區(qū)間的值，根據(jù)系統(tǒng)需要來設(shè)定，如果更看重網(wǎng)絡(luò)生命周期，那么就α使用大于0.5的值，如果更看重傳輸速率，β使用大于 0. 5的值，根據(jù)計(jì)算的L值，作為其連接優(yōu)先級(jí)LP，并將信息添加到鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中。當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成連接優(yōu)先級(jí)LP計(jì)算之后，得到節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的路徑選擇，LP越大，優(yōu)先使用該路徑。發(fā)射功率控制階段同信息收集階段相同，也是由匯聚節(jié)點(diǎn)開始由近及遠(yuǎn)進(jìn)行。根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信的能量模型，數(shù)據(jù)包能被接收點(diǎn)正常接收的最低功率水平為Pth，如果數(shù)據(jù)包需要傳輸?shù)木嚯x為X，那么功率對(duì)距離X的衰減為A (χ)系數(shù)，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的最低功率Pth/A(x)。A (χ)是與消息發(fā)送方式及發(fā)送頻率有關(guān)的傳播損耗系數(shù)，可表示為A(χ) = xkax其中k是能量擴(kuò)展系數(shù)(圓柱形擴(kuò)展k為1，實(shí)際為1. 5，球形擴(kuò)展k為2)。a為依賴于頻率的吸收因子。1)、當(dāng)頻率為高頻時(shí)，應(yīng)該以下公式計(jì)算a:
f2 f2101oga = 0.11*^—+ 44*~J-——-+ 2.75* IO"4* /2+0.003
I + /2 4100 + /22)、當(dāng)頻率為低頻時(shí)，應(yīng)該以下公式計(jì)算a IOloga = 0.11*-^-^ +0.011* /2+0.002而陸地上的傳播損耗氺。=-^7"其中C為光速，即為3*108m/s，fc為中心頻率。為了保證網(wǎng)絡(luò)的連通性，各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的連接優(yōu)先關(guān)系，在自己鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中，選擇跳數(shù)與自己相等或者比自己小的節(jié)點(diǎn)按優(yōu)先關(guān)系排列出由高到低的k個(gè)備選中繼節(jié)點(diǎn)。根據(jù)選出的k個(gè)節(jié)點(diǎn)，各自從鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中讀取接收數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度P&，取k個(gè)信號(hào)強(qiáng)度值之間的最小值，令Pk = min(PriJ,…，Prih)，，那么， _8] Pfflax = Pk/A(x)(1)設(shè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過功率調(diào)節(jié)之后的發(fā)射功率為Pt，同理可得，Pt = Pth/A(x)(2)由式(1)，(2)可得，Pt = PthPmax/Pk此時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)將自身的發(fā)射功率調(diào)整為Pt，該節(jié)點(diǎn)以這樣的功率發(fā)送數(shù)據(jù)，重新建立新的拓?fù)潢P(guān)系，最終形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化拓?fù)溥B接圖。綜上所述，本發(fā)明的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)的功率可調(diào)的拓?fù)淇刂品椒ㄍㄟ^計(jì)算優(yōu)先級(jí) LP進(jìn)行拓?fù)涞膬?yōu)化。創(chuàng)新點(diǎn)主要集中如下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)優(yōu)化的信息調(diào)節(jié)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率。減少各傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗。由于各節(jié)點(diǎn)建立的功率控制發(fā)射機(jī)制，可使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量消耗處在一個(gè)相對(duì)均衡消耗模式，延長網(wǎng)絡(luò)最大生命周期。以上實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作較多的限制，凡是依據(jù)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)本質(zhì)作簡單修改或等同的變化和修飾，均仍屬本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于其依次包括如下步驟步驟1)、信息收集階段由位于帶狀區(qū)域傳感器匯聚中心節(jié)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的向位于帶狀區(qū)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)起，傳感器節(jié)點(diǎn)得到與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的信道質(zhì)量參數(shù)，建立初始拓?fù)溥B接圖；步驟幻、拓?fù)鋬?yōu)化階段每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)， 得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，確定節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑；步驟3)、發(fā)射功率控制階段各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，由匯聚節(jié)點(diǎn)開始由近及遠(yuǎn)進(jìn)行功率控制，從而減少通信間干擾，降低能量消耗，傳感器節(jié)點(diǎn)按調(diào)整后的功率發(fā)送數(shù)據(jù)，重新建立新的拓?fù)潢P(guān)系，最終形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化拓?fù)溥B接圖。
2.如權(quán)利要求1所述的功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于所述步驟1)的具體步驟為11)、首先，匯聚節(jié)點(diǎn)以其最大發(fā)射功率向其他傳感器節(jié)點(diǎn)，發(fā)送TDM 信息包，收到TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)將TDM信息包中跳數(shù)加1，作為其自身節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，并記錄發(fā)送TDM信息包的節(jié)點(diǎn)ID及接收到TDM的信號(hào)強(qiáng)度；12)、然后，收到TDM信息包的傳感器節(jié)點(diǎn)以其最大發(fā)射功率發(fā)送TDFM信息包，收到TDM 信息包節(jié)點(diǎn)分別發(fā)送TDFM信息包返回發(fā)送TDM信息包的節(jié)點(diǎn)；接收到TDFM信息包的節(jié)點(diǎn)首先判斷自身ID與是否與TDFM信息包中的目的節(jié)點(diǎn)ID地址相同，如果不同表示這TDFM 信息包不是發(fā)給它的，應(yīng)丟棄；如相同的時(shí)候，傳感器節(jié)點(diǎn)記錄它收到TDFM信息包的信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)，該傳感器節(jié)點(diǎn)將TDFM信息包中的信息添加到它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表的相應(yīng)位置，匯聚節(jié)點(diǎn)收到所有TDFM信息包之后，建立它的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表；13)、最后，收到所有TDFM包的匯聚節(jié)點(diǎn)向外發(fā)送TCM信息包，原來發(fā)送TDFM信息包的節(jié)點(diǎn)接收TCM信息包，收到TCM包的節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立之后作為發(fā)起者繼續(xù)向遠(yuǎn)端的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送TDM信息包；重復(fù)上述步驟11)-13)，直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表建立完成，初始拓?fù)溥B接圖形成，信息收集階段結(jié)束。
3.如權(quán)利要求1所述的功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于所述步驟幻的具體步驟為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)，得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，建立節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)間鏈路的可用帶寬的兩變量函數(shù)，分布式計(jì)算自己與各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的連接優(yōu)先級(jí)，根據(jù)兩變量函數(shù)計(jì)算的函數(shù)值，作為其連接優(yōu)先級(jí)，并將信息添加到鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中；當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成連接優(yōu)先級(jí)計(jì)算之后，得到節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑選擇；所述兩變量函數(shù)計(jì)算公式為L = F(Q，B) = aQ+βΒ函數(shù)，Q:能量，B:可用帶寬，其中 α和β表示權(quán)重，α+β = 1，并且α和β均是介于
區(qū)間的值。
4.如權(quán)利要求3所述的功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于如更看重網(wǎng)絡(luò)生命周期，α使用大于0.5的值。
5.如權(quán)利要求3所述的功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于如果更看重傳輸速率，β使用大?. 5的值。
6.如權(quán)利要求1所述的功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其特征在于所述步驟3)中，所述功率控制按以下公式進(jìn)行計(jì)算設(shè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過功率調(diào)節(jié)之后的發(fā)射功率為 Pt,Pt = PthPmax/Pk，其中，Pmax 傳感器節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)射功率，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的最大發(fā)射功率；Pth 能夠接收到信號(hào)的最小功率；各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的連接優(yōu)先關(guān)系，在自己鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中，選擇跳數(shù)與自己相等或者比自己小的節(jié)點(diǎn)按優(yōu)先關(guān)系排列出由高到低的k個(gè)備選中繼節(jié)點(diǎn)；再根據(jù)選出的k個(gè)節(jié)點(diǎn)，各自從鄰居節(jié)點(diǎn)信息列表中讀取接收數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度并取k個(gè)信號(hào)強(qiáng)度值之間的最小值，令其為1\ ；傳感器節(jié)點(diǎn)按調(diào)整后的功率Pt發(fā)送數(shù)據(jù)，重新建立新的拓?fù)潢P(guān)系，最終形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化拓?fù)溥B接圖。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種功率可調(diào)的帶狀傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品椒?，其不同之處在于其依次包括如下步驟步驟1)、信息收集階段由位于帶狀區(qū)域傳感器匯聚中心節(jié)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的向位于帶狀區(qū)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)起，傳感器節(jié)點(diǎn)得到與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的信道質(zhì)量參數(shù)，建立初始拓?fù)溥B接圖；步驟2)、拓?fù)鋬?yōu)化階段每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式計(jì)算其與各鄰居節(jié)點(diǎn)的連接優(yōu)先級(jí)，得到拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，確定節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先路徑；步驟3)、發(fā)射功率控制階段各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化階段所得到的拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，由匯聚節(jié)點(diǎn)開始由近及遠(yuǎn)進(jìn)行功率控制，從而減少通信間干擾，降低能量消耗。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102158938SQ20111006592
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者李德識(shí), 范創(chuàng)偉, 陳健 申請(qǐng)人:武漢優(yōu)贏科技有限公司