專(zhuān)利名稱(chēng)：基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種信息獲取以及處理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，在軍事、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域體現(xiàn)出許多的優(yōu)越性。任務(wù)分配問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中必須解決的一個(gè)重要問(wèn)題，也是多代理系統(tǒng)中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著自組織性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，同時(shí)又有著網(wǎng)絡(luò)通信資源受限、節(jié)點(diǎn)之間存在通信沖突的問(wèn)題，這就需要合理設(shè)計(jì)其任務(wù)分配算法，減小網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗，從而延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的生命周期。在合同網(wǎng)協(xié)商過(guò)程中涉及到兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。管理者產(chǎn)生任務(wù)后， 向系統(tǒng)中的普通節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù)招標(biāo)書(shū)；各普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)任務(wù)屬性和資源情況評(píng)價(jià)任務(wù)，決定是否向管理者投標(biāo)；管理者接收標(biāo)書(shū)并對(duì)標(biāo)書(shū)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇一個(gè)合適的普通節(jié)點(diǎn)作為承擔(dān)者，簽訂合同；被授予合同的承擔(dān)者向管理者確認(rèn)接受任務(wù)。申請(qǐng)?zhí)枮?01010033866. 4，名稱(chēng)為“基于協(xié)商的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法” 的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)方案為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)作為招標(biāo)方發(fā)布招標(biāo)啟事，等待競(jìng)標(biāo)方出價(jià)；收到競(jìng)標(biāo)邀請(qǐng)的節(jié)點(diǎn)根據(jù)對(duì)待分配任務(wù)的可完成度以及其當(dāng)前剩余能量來(lái)決定是否參與競(jìng)標(biāo)，決定參與競(jìng)標(biāo)的節(jié)點(diǎn)作為競(jìng)標(biāo)方就待分配任務(wù)的各個(gè)屬性進(jìn)行出價(jià)；招標(biāo)方采用多屬性效用函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)與競(jìng)標(biāo)方的協(xié)商過(guò)程中各競(jìng)標(biāo)方的出價(jià)方案，然后選擇標(biāo)的。本發(fā)明在任務(wù)分配過(guò)程中就考慮到了節(jié)點(diǎn)的剩余電量和任務(wù)預(yù)期能耗等因素，采用多屬性效用函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)分配方案的優(yōu)劣，提高了分配的綜合效用值，把即時(shí)成功策略、輪次模糊策略和無(wú)失敗策略融入到MAS自動(dòng)協(xié)商算法中，提高了任務(wù)分配的實(shí)時(shí)性，靈活性和成功率。在該申請(qǐng)中，只考慮了任務(wù)分配過(guò)程中的招標(biāo)環(huán)節(jié)和中標(biāo)環(huán)節(jié)，具有一定的局限性。申請(qǐng)?zhí)枮?01010618362. 9，名稱(chēng)為“基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法及裝置”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)方案為一種基于合同網(wǎng)的簇結(jié)構(gòu)無(wú)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(diǎn)發(fā)送任務(wù)邀請(qǐng)；S2 參與節(jié)點(diǎn)根據(jù)對(duì)任務(wù)的可完成度和自己的剩余能量給出初始報(bào)價(jià)；S3 在最大協(xié)商時(shí)間之前，管理者和參與節(jié)點(diǎn)根據(jù)基于時(shí)間t的鮑威爾收斂機(jī)制進(jìn)行價(jià)格讓步協(xié)商，當(dāng)協(xié)商雙方的報(bào)價(jià)滿足預(yù)置條件時(shí)，協(xié)商成功，將對(duì)應(yīng)的參與節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)的； S4:管理者將任務(wù)分配給中標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，并向所有參與節(jié)點(diǎn)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(mén)檻，降低協(xié)商復(fù)雜度的同時(shí)平衡各節(jié)點(diǎn)能量；在任務(wù)分配實(shí)時(shí)性和任務(wù)分配效用上取得一定的平衡；還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的分層任務(wù)分配。在該申請(qǐng)中，節(jié)點(diǎn)招標(biāo)時(shí)，只考慮了能量因素，不足以全面反應(yīng)節(jié)點(diǎn)性能。傳統(tǒng)的協(xié)商方法中，管理者針對(duì)大量普通節(jié)點(diǎn)招標(biāo)，這既極大地增加了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，又加重了管理節(jié)點(diǎn)的管理負(fù)擔(dān)。同時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，將節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的信息作為標(biāo)值寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中，但招投標(biāo)過(guò)程需要花費(fèi)一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，普通節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、性能有可能發(fā)生變化，只考慮節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的狀態(tài)會(huì)使標(biāo)值不能精確地反映節(jié)點(diǎn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法，能夠減少投標(biāo)節(jié)點(diǎn)的范圍以減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和通信沖突，并使標(biāo)書(shū)更準(zhǔn)確地反應(yīng)節(jié)點(diǎn)接收任務(wù)時(shí)的情況，提高任務(wù)的完成率和完成質(zhì)量。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法，包括步驟SlOl 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，分為高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)；S102 任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)并與高級(jí)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行招投標(biāo)過(guò)程；S103 中標(biāo)的高級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)其管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布招標(biāo)書(shū)；S104 低級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷自己是否符合要求，并根據(jù)自身情況決定是否投標(biāo)，如果決定投標(biāo)，則轉(zhuǎn)入步驟S105，否則不參與投標(biāo)；S105 低級(jí)節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的情況并寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中；S106 高級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷是否超過(guò)投標(biāo)時(shí)限；若未超過(guò)，則繼續(xù)接收投標(biāo)書(shū)；若超過(guò)時(shí)限，則停止接受投標(biāo)書(shū)并轉(zhuǎn)入下一步；S107:高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)投標(biāo)書(shū)選擇合適的低級(jí)節(jié)點(diǎn)并授予標(biāo)書(shū)，招投標(biāo)過(guò)程完成。優(yōu)選地，所述步驟SlOl中聚類(lèi)的方法進(jìn)一步包括步驟S201 初始化，選定一個(gè)停止參數(shù)ξ，并隨機(jī)選擇若干個(gè)聚類(lèi)中心；
S202 計(jì)算隸屬度矩陣和聚類(lèi)中心；S203:計(jì)算目標(biāo)函數(shù)Jg)；S204 判斷是否滿足結(jié)束條件；如果Jw-Ja-1) > ξ，則轉(zhuǎn)入步驟S202，開(kāi)始下一輪計(jì)算；如果Jw-Ja-1) ( ξ，則轉(zhuǎn)入步驟S205 ；S205:聚類(lèi)結(jié)束，選取距離聚類(lèi)中心最近的點(diǎn)為高級(jí)節(jié)點(diǎn)，其他點(diǎn)為低級(jí)節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，所述步驟S105中預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的情況包括但不限于剩余能量、完成任務(wù)的平均得分、完成任務(wù)的能力。優(yōu)選地，所述步驟S105中使用改進(jìn)的最小均方誤差算法將節(jié)點(diǎn)對(duì)將來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)引入標(biāo)值中，該算法通過(guò)一組輸入值ΧΤ (η)與權(quán)值W(n)相乘得到一個(gè)輸出值，包括步驟S401 初始化，賦給W(O) —個(gè)較小的隨機(jī)非零值，η = 0 ；設(shè)置停止參數(shù)ε和最大迭代次數(shù)C ；S402:計(jì)算誤差e(n)，e (η) = d (η)-Xt (η) W(η)；其中η為迭代次數(shù)，d(n)是指第 η次的預(yù)計(jì)輸出，Xt(η)為輸入向量，W(n)為輸入向量對(duì)應(yīng)的權(quán)值，Xt(η)W(η)即為實(shí)際的輸出；
S403 確定下一步學(xué)習(xí)速率 μ (n+1)，//( +l) = j;"’0+ 1)，其他 ，μ' (η+1)
./"max' "'O + 1)〉"max
=α μ (η) + βθε(η)-λθ2(η)；其中，λ是常數(shù)；α、β也均為常數(shù)，分別代表μ (η)和 ee(n)_Ae2(n)對(duì) μ ‘ (η+1)的影響度；S404 計(jì)算新的權(quán)值；給定一個(gè)常數(shù)τ作為系統(tǒng)的遺忘度，即系統(tǒng)在前η_1次的狀況對(duì)第η+1次的影響，則權(quán)值修正公式更新如下:ff(n+l) = (l-T)ff(n)+TS(n-l) + yXT(n)
e(n),0< τ < 1 ；其中S(n-1) = "『(/)，代表前η_1組數(shù)據(jù)對(duì)本次的影響；
i=lS405 判斷是否滿足結(jié)束條件，即e (η) < ε或到達(dá)最大迭代次數(shù)C ；若不滿足，則轉(zhuǎn)入步驟S402，若滿足則轉(zhuǎn)入步驟S406 ；S406 低級(jí)節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前狀況Χ(η+1)乘以權(quán)值W(n+1)，得到預(yù)測(cè)值，將這個(gè)值寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中。優(yōu)選地，在合同網(wǎng)中，若任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù)的速率服從參數(shù)為λ的泊松分布，則可以認(rèn)為，低級(jí)節(jié)點(diǎn)被授予任務(wù)的速率近似服從參數(shù)為λ /N的泊松分布，其中N是總的低級(jí)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，所述步驟S404中取τ = 1-Θ_λ/Ν0優(yōu)選地，所述步驟S107中高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各節(jié)點(diǎn)完成任務(wù)的情況，優(yōu)先選擇完成該類(lèi)任務(wù)能力較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)。(三)有益效果利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在招投標(biāo)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的聚類(lèi)減少投標(biāo)節(jié)點(diǎn)的范圍以減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和通信沖突。2、在節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)接收任務(wù)時(shí)的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)并計(jì)入標(biāo)值中，使標(biāo)書(shū)更準(zhǔn)確地反應(yīng)節(jié)點(diǎn)接收任務(wù)時(shí)的情況，提高了任務(wù)的完成率和完成質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明任務(wù)分配方法的總流程圖；圖2為本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)方法的流程圖；圖3為聚類(lèi)后節(jié)點(diǎn)的關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明中標(biāo)值預(yù)測(cè)的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所述的基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配方法，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)分配時(shí)，能夠在較小的能量消耗下將任務(wù)分配給合適的節(jié)點(diǎn)，并提高任務(wù)的完成率和完成質(zhì)量。該方法總流程圖如圖1所示。本發(fā)明的總體過(guò)程是首先對(duì)普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，分為高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)，任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)對(duì)高級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布標(biāo)書(shū)，高級(jí)節(jié)點(diǎn)中標(biāo)后，再向其管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行招投標(biāo)工作。下面分別介紹每一個(gè)步驟SlOl 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)。為了減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，增加網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，將節(jié)點(diǎn)分為三個(gè)層次任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)、高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)，其中高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)是由普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)得到的。一個(gè)任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)與若干個(gè)高級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，而一個(gè)高級(jí)節(jié)點(diǎn)管理若干個(gè)低級(jí)節(jié)點(diǎn)。任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)，與高級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)的招投標(biāo)工作。高級(jí)節(jié)點(diǎn)中標(biāo)后，再在它所管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行招投標(biāo)工作。這樣可以顯著地減少網(wǎng)絡(luò)的能耗，減輕任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)擔(dān)。高級(jí)節(jié)點(diǎn)以及它所管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)使用改進(jìn)的C均值算法進(jìn)行聚類(lèi)得到。聚類(lèi)的目標(biāo)是使劃分到同一類(lèi)的對(duì)象之間的相似度最大，而不同類(lèi)的對(duì)象間相似度最小。節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)流程如圖2所示。S201 初始化，選定一個(gè)停止參數(shù)ξ，并隨機(jī)選擇c個(gè)聚類(lèi)中心。S202 計(jì)算隸屬度矩陣U和聚類(lèi)中心V。計(jì)算Uij和Vi的方法如下 Γ fl,//7 = argmin{J }Ulj = ^/-11^i k-\Vi = 1---
ι+Σηυ
J-I其中，argmin{du}表示在與所有的聚類(lèi)中心的距離中，\與Vi的距離最小。各節(jié)點(diǎn)\=(當(dāng)前剩余能量，完成任務(wù)的平均得分，完成任務(wù)的能力)。η為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)，c
為聚類(lèi)個(gè)數(shù)。代表各節(jié)點(diǎn)對(duì)聚類(lèi)中心的隸屬度。dy =II Xj-V1 Il=Jzkk ,代表節(jié)點(diǎn)
V k=\
Xj與聚類(lèi)中心Vi的歐式距離(P為節(jié)點(diǎn)屬性個(gè)數(shù))，Ni表示第i類(lèi)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。S203 計(jì)算目標(biāo)函數(shù)JQ)。本算法的中心思想是不停地通過(guò)迭代，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小。目標(biāo)函數(shù)如下
cncι ηJ(U，V、H U^ + Σ11 — ΤΤΣ^^ 11
/=1 J=I/=1丄、i k=\S204 判斷是否滿足結(jié)束條件。如果Jw-Ja-1) > ξ，則轉(zhuǎn)入步驟202)，開(kāi)始下一輪計(jì)算；如果Jw-J(H) ( ξ，則轉(zhuǎn)入步驟S205。S205:聚類(lèi)結(jié)束，選取距離聚類(lèi)中心最近的點(diǎn)為高級(jí)節(jié)點(diǎn)。聚類(lèi)后得到的節(jié)點(diǎn)間關(guān)系示例圖如圖3所示。由于聚類(lèi)得到的結(jié)果是根據(jù)節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)屬性得到的，如剩余能量、完成任務(wù)的能力等，而不是只根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，所以聚類(lèi)結(jié)果只是一個(gè)管理與被管理的關(guān)系，與節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系不大。S102 任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)并與高級(jí)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行招投標(biāo)過(guò)程。S103 中標(biāo)的高級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)其管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布招標(biāo)書(shū)。S104 低級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷自己是否符合要求，并根據(jù)自身情況決定是否投標(biāo)，如果決定投標(biāo)，則執(zhí)行步驟S105，否則不參與投標(biāo)。S105 低級(jí)節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，要將自身的情況寫(xiě)入投標(biāo)書(shū)中，包括剩余能量、當(dāng)前排隊(duì)任務(wù)數(shù)等。在傳統(tǒng)的合同網(wǎng)中，標(biāo)值的計(jì)算只考慮了節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的信息，但招投標(biāo)過(guò)程需要花費(fèi)一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，低級(jí)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、性能有可能發(fā)生變化。因此，本發(fā)明使用改進(jìn)的最小均方誤差算法LMS (Least Mean Square)，將節(jié)點(diǎn)對(duì)將來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)引入標(biāo)值中， 以更全面地反應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息。節(jié)點(diǎn)標(biāo)值預(yù)測(cè)流程如圖4所示。標(biāo)值預(yù)測(cè)的思路是通過(guò)一組輸入值Xt(η)與權(quán)值W(n)相乘得到一個(gè)輸出值。步驟說(shuō)明如下S401 初始化，賦給W(O) —個(gè)較小的隨機(jī)非零值，η = 0 ；設(shè)置停止參數(shù)ε和最大迭代次數(shù)C。S402 計(jì)算誤差e(n)。e (η) = d (η)-Xt (η) W (η)。其中η為迭代次數(shù)，d(n)是指第 η次的預(yù)計(jì)輸出，Xt(η)為輸入向量，W(n)為輸入向量對(duì)應(yīng)的權(quán)值，Xt(η)W(η)即為實(shí)際的輸出。本算法的中心思想就是要通過(guò)不停的迭代，更新權(quán)值W(n)，使e(n)達(dá)到最小。S403 確定下一步學(xué)習(xí)速率μ (η+1) ；LMS算法中，學(xué)習(xí)速率μ決定著算法的收斂速度，μ較大時(shí)算法收斂快，穩(wěn)定性差，μ較小時(shí)則相反。為了同時(shí)獲得較快的收斂和較好的穩(wěn)定性，本發(fā)明采用了自適應(yīng)的學(xué)習(xí)速率，其核心公式如下
“腿，/"'0 + 1)<"腿
μ(η + 1) = \μ\η + 1),其他
./"max' "'0 + 1)>"腿μ ‘ (η+1) = α μ (η) + β ee(n)^ e2 (η)其中，λ是一個(gè)常數(shù)。若e(n) > λ，學(xué)習(xí)速率較大，保證算法更快地收斂，節(jié)省傳感器能耗；當(dāng)e(n)逐漸減小到e(n) < λ時(shí)，學(xué)習(xí)速率小，故算法較穩(wěn)定。α、β均為常數(shù)，分別代表μ (η)和ee(n)_Ae2(n)對(duì)μ ‘ (η+1)的影響度。S404 計(jì)算新的權(quán)值在本發(fā)明中，給定一個(gè)常數(shù)τ作為系統(tǒng)的遺忘度，即系統(tǒng)在前η-1次的狀況對(duì)第η+1次的影響，則權(quán)值修正公式更新如下W (η+1) = (1- τ ) W (η) + τ S (η-1) + μ Xt (η) e (η), 0 < τ <1
其中=代表前η-1組數(shù)據(jù)對(duì)本次的影響。由于ηI=I
S(n) = ^e1-lWii) =e\S(n -1) + W(n)),故每一次計(jì)算權(quán)值時(shí)，并不需要
i = \
前面每一次的權(quán)值，只需要S (η-1)就可以了。第i組數(shù)據(jù)距離本次預(yù)測(cè)時(shí)間越久，它的影響就越小。假設(shè)在合同網(wǎng)中，任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù)的速率服從參數(shù)為λ的泊松分布，則可以認(rèn)為，低級(jí)節(jié)點(diǎn)被授予任務(wù)的速率近似服從參數(shù)為λ /N的泊松分布，其中N是總的低級(jí)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。λ越大，代表兩次發(fā)布任務(wù)之間的時(shí)間間隔越大，上一次完成任務(wù)的情況對(duì)下一次節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的影響就越??；λ越小，則代表兩次任務(wù)分布的間隔越小，上一次完成任務(wù)的情況對(duì)下一次節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的影響也就越大。因此取τ = l_e_VN，保證前η-1次的狀態(tài)對(duì)第 η+1次的影響與λ負(fù)相關(guān)，同時(shí)W(n)對(duì)W(n+1)的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于S (n_l)對(duì)W(n+1)的影響。S405:判斷是否滿足結(jié)束條件；即e(n) < ε或到達(dá)最大迭代次數(shù)C。若不滿足， 則轉(zhuǎn)入S402，若滿足則執(zhí)行S406。
S406 低級(jí)節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前狀況X(n+1)乘以權(quán)值W(n+1)，得到預(yù)測(cè)值，將這個(gè)值寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中，投標(biāo)。S106 高級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷是否超過(guò)投標(biāo)時(shí)限。若未超過(guò)，則繼續(xù)接收投標(biāo)書(shū)；若超過(guò)時(shí)限，則停止接受投標(biāo)書(shū)并轉(zhuǎn)入下一步。S107 高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)投標(biāo)書(shū)選擇合適的節(jié)點(diǎn)并授予標(biāo)書(shū)。高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各節(jié)點(diǎn)完成任務(wù)的情況，優(yōu)先考慮完成該類(lèi)任務(wù)能力較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)。招投標(biāo)過(guò)程完成。實(shí)施例1基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分配過(guò)程1 本實(shí)施例采用100m*100m的網(wǎng)絡(luò)，隨機(jī)分布了一個(gè)任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)和30個(gè)普通節(jié)點(diǎn)。這30個(gè)普通節(jié)點(diǎn)使用C均值算法被聚類(lèi)為2類(lèi)高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)初始能量為0. 5J，任務(wù)發(fā)布速率服從參數(shù)為Is的泊松分布。2 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)具有以下性質(zhì)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)部署后不再移動(dòng)；所有普通節(jié)點(diǎn)都是同構(gòu)的，而且節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的地址；傳感器節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步。3 任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)并對(duì)任務(wù)分類(lèi)，將標(biāo)書(shū)發(fā)布給高級(jí)節(jié)點(diǎn)。4 高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己所管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)的情況投標(biāo)。5 任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)選取合適的高級(jí)節(jié)點(diǎn)，授予中標(biāo)書(shū)。6 高級(jí)節(jié)點(diǎn)得到任務(wù)后，對(duì)它管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行招標(biāo)工作。7 低級(jí)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的狀況并寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中，向高級(jí)節(jié)點(diǎn)投標(biāo)。8 當(dāng)?shù)竭_(dá)投標(biāo)時(shí)限后，高級(jí)節(jié)點(diǎn)選取合適的低級(jí)節(jié)點(diǎn)授予任務(wù)。9 節(jié)點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法，其特征在于，包括步驟5101對(duì)網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，分為高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)；5102任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)并與高級(jí)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行招投標(biāo)過(guò)程；5103中標(biāo)的高級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)其管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布招標(biāo)書(shū)；5104低級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷自己是否符合要求，并根據(jù)自身情況決定是否投標(biāo)，如果決定投標(biāo)，則轉(zhuǎn)入步驟S105，否則不參與投標(biāo)；5105低級(jí)節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的情況并寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中；5106高級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷是否超過(guò)投標(biāo)時(shí)限；若未超過(guò)，則繼續(xù)接收投標(biāo)書(shū)；若超過(guò)時(shí)限， 則停止接受投標(biāo)書(shū)并轉(zhuǎn)入下一步；5107高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)投標(biāo)書(shū)選擇合適的低級(jí)節(jié)點(diǎn)并授予標(biāo)書(shū)，招投標(biāo)過(guò)程完成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOl中聚類(lèi)的方法進(jìn)一步包括步驟5201初始化，選定一個(gè)停止參數(shù)ξ，并隨機(jī)選擇若干個(gè)聚類(lèi)中心；5202計(jì)算隸屬度矩陣和聚類(lèi)中心； S203:計(jì)算目標(biāo)函數(shù)Ja)；5204判斷是否滿足結(jié)束條件；如果Jw-J(H) > ξ，則轉(zhuǎn)入步驟S202，開(kāi)始下一輪計(jì)算；如果Jw-Ja-1) ( ξ，則轉(zhuǎn)入步驟S205 ；5205聚類(lèi)結(jié)束，選取距離聚類(lèi)中心最近的點(diǎn)為高級(jí)節(jié)點(diǎn)，其他點(diǎn)為低級(jí)節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S105中預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的情況包括但不限于剩余能量、完成任務(wù)的平均得分、完成任務(wù)的能力。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S105中使用改進(jìn)的最小均方誤差算法將節(jié)點(diǎn)對(duì)將來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)引入標(biāo)值中，該算法通過(guò)一組輸入值Xt (η)與權(quán)值W(n)相乘得到一個(gè)輸出值，包括步驟S401 初始化，賦給W(O) —個(gè)較小的隨機(jī)非零值，η = 0 ；設(shè)置停止參數(shù)ε和最大迭代次數(shù)C;3402:計(jì)算誤差6(11)^(11) =d (n)-Xt (n) W(η)；其中η為迭代次數(shù)，d (η)是指第η次的預(yù)計(jì)輸出，Xt(η)為輸入向量，W(n)為輸入向量對(duì)應(yīng)的權(quán)值，XT(n)W(n)即為實(shí)際的輸出；S403 確定下一步學(xué)習(xí)速率
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在合同網(wǎng)中，若任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù)的速率服從參數(shù)為λ的泊松分布，則可以認(rèn)為，低級(jí)節(jié)點(diǎn)被授予任務(wù)的速率近似服從參數(shù)為 λ/N的泊松分布，其中N是總的低級(jí)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，所述步驟S404中取τ = l-e_A/N。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S107中高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各低級(jí)節(jié)點(diǎn)完成任務(wù)的情況，優(yōu)先選擇完成該類(lèi)任務(wù)能力較強(qiáng)的低級(jí)節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于合同網(wǎng)的無(wú)線傳感器任務(wù)分配方法，包括步驟S101對(duì)網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，分為高級(jí)節(jié)點(diǎn)和低級(jí)節(jié)點(diǎn)；S102任務(wù)發(fā)布節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任務(wù)并與高級(jí)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行招投標(biāo)過(guò)程；S103中標(biāo)的高級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)其管理的低級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布招標(biāo)書(shū)；S104低級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷自己是否符合要求，并根據(jù)自身情況決定是否投標(biāo)，如果決定投標(biāo)，則轉(zhuǎn)入步驟S105，否則不參與投標(biāo)；S105低級(jí)節(jié)點(diǎn)投標(biāo)時(shí)，預(yù)測(cè)中標(biāo)時(shí)的情況并寫(xiě)入標(biāo)書(shū)中；S106高級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷是否超過(guò)投標(biāo)時(shí)限；若未超過(guò)，則繼續(xù)接收投標(biāo)書(shū)；若超過(guò)時(shí)限，則停止接受投標(biāo)書(shū)；S107高級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)投標(biāo)書(shū)選擇合適的低級(jí)節(jié)點(diǎn)并授予標(biāo)書(shū)，招投標(biāo)過(guò)程完成。本發(fā)明能夠減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和通信沖突，提高任務(wù)完成率和完成質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102413482SQ20111035994
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者李文璟, 楊楊, 熊翱, 王穎, 詹志強(qiáng), 邱雪松, 陳琳 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)