農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，包括：將目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域劃分為多個全等的圖形作為多個分區(qū)；根據(jù)分區(qū)中節(jié)點的類型和距離分區(qū)中心的距離選取分區(qū)的協(xié)同中心；其它非協(xié)同中心根據(jù)位置、能量等因素加入?yún)f(xié)同中心形成多個群組。群組之間根據(jù)協(xié)同中心能量與位置情況選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑；在群組內(nèi)部，通過協(xié)同中心的區(qū)塊內(nèi)輪換、多節(jié)點協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸?shù)确椒▽崿F(xiàn)群組內(nèi)部的能耗均衡。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，在兼顧能量與成本需求的混合供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)省和均衡非可再生能源節(jié)點有限的能量，達(dá)到高效利用可再生能源，延長網(wǎng)絡(luò)壽命的效果。
【專利說明】農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能量調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸 分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在農(nóng)田布設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以方便進(jìn)行大規(guī)模農(nóng)田環(huán)境的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，為農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)提供實時信息和生產(chǎn)活動的指導(dǎo)。同時針對農(nóng)田環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量需求以及 農(nóng)田環(huán)境獲取可再生能源的便利性，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入可再生能源節(jié)點能夠滿足網(wǎng) 絡(luò)對能量的需求。
[0003] 但是對于同構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器 節(jié)點的相互協(xié)同，將使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的在降低能耗、提高網(wǎng)絡(luò)性能方面更強(qiáng)。但是現(xiàn)有 技術(shù)都是針對同構(gòu)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，而沒有考慮到異構(gòu)的節(jié)點混雜部署在大規(guī)模環(huán)境惡劣場合應(yīng) 用中有更大的優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在同時引入了可再生能源節(jié)點與非可再生能源節(jié) 點以兼顧無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量與成本需求的農(nóng)田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通過各傳感器節(jié)點 的相互協(xié)同，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)降低能耗、提高網(wǎng)絡(luò)性能，節(jié)省非可再生能源節(jié)點有限的 能量，高效利用可再生能源，最終達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。
[0005] 為此目的，本發(fā)明提出了一種農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度 方法，該方法的的群組劃分過程包括：S1，將所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域劃分為多個全等的圖形作為 多個分區(qū)，其中，所述圖形外接圓的半徑等于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中節(jié)點的通信半徑；S2,對 于所述多個分區(qū)中的任一分區(qū)，判斷該分區(qū)中的是否存在可再生能源節(jié)點，若存在，則判斷 是否存在多個可再生能源節(jié)點，若存在多個，則將多個可再生能源節(jié)點中的距離該分區(qū)中 心最近的節(jié)點作為該分區(qū)的協(xié)同中心，若只存在一個，則將該可再生能源節(jié)點作為該分區(qū) 的協(xié)同中心，若不存在，則將該分區(qū)中距離該分區(qū)中心最近的非可再生能源節(jié)點作為該分 區(qū)的協(xié)同中心；S3,對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中任一非協(xié)同中心的節(jié)點，判斷在該節(jié)點的通信 半徑內(nèi)是否存在協(xié)同中心，若存在，則加入該協(xié)同中心所在的群組，若不存在，則加入與該 節(jié)點存在公共鄰居節(jié)點，且加權(quán)距離最短的協(xié)同中心所在的群組。
[0006] 優(yōu)選地，所述步驟S3還包括：在該節(jié)點的通信半徑內(nèi)存在協(xié)同中心的情況下，判 斷是否存在多個協(xié)同中心，若只存在一個協(xié)同中心，則加入該協(xié)同中心所在群組，若存在多 個協(xié)同中心，則判斷所述多個協(xié)同中心的節(jié)點類型，若所述協(xié)同中心屬于同一類型節(jié)點，則 加入相距最近的協(xié)同中心所在群組，若所述協(xié)同中心屬于不同類型節(jié)點，則加入相距最近 的可再生能源節(jié)點作為協(xié)作中心的群體。 π ?ν丨_丨,=aThjT β-
[0007] 優(yōu)選地，所述加權(quán)距離 f '其中，α和β為預(yù)設(shè)常數(shù)，其中 ，-=0 Th為協(xié)同中心h的供電類型標(biāo)志，當(dāng)協(xié)同中心為可再生能源節(jié)點時Th = 1，當(dāng)協(xié)同中心為非 可再生能源節(jié)點時Th = 0,且對于任一非協(xié)同中心的節(jié)點a，所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中存在p個 與其具有公共鄰居節(jié)點的協(xié)同中心，na_h是指節(jié)點a與協(xié)同中心h的公共鄰居節(jié)點的數(shù)目。
[0008] 優(yōu)選地，還包括：S4,對于目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的可再生能源節(jié) 點，獲取其自身的剩余能量，并通過與匯聚節(jié)點進(jìn)行通信獲取所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中所有可 再生能源節(jié)點的平均獲取能量，將所述剩余能量與第一閾值比較，將所述平均獲取能量與 第二閾值比較，若所述剩余能量小于所述第一閾值，且所述平均獲取能量小于所述第二閾 值，則進(jìn)入步驟S6,否則進(jìn)入步驟S5 ;S5,所述作為協(xié)同中心的可再生能源節(jié)點接收其所在 組群內(nèi)其他節(jié)點的信息，并直接將信息上傳至匯聚節(jié)點；S6,計算所述可再生能源節(jié)點所在 群組中所有節(jié)點剩余能量的平均值，確定所述所有節(jié)點中剩余能量大于所述平均值的多個 節(jié)點，通過所述多個節(jié)點協(xié)同向所述匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟S5還包括對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的非 可再生能源節(jié)點，該非可再生能源節(jié)點獲取自身與所述匯聚節(jié)點的第一距離，以及與自身 距離最近的可再生能源節(jié)點的第二距離，并判斷所述第一距離是否大于所述第二距離，若 大于，則該非可再生能源節(jié)點通過所述最近的可再生能源節(jié)點向所述匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)， 否則直接向所述匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)。
[0010] 優(yōu)選地，還包括：S8,對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的非可再生能 源節(jié)點，判斷該非可再生能源節(jié)點的剩余能量是否小于第三閾值，若小于，則向該協(xié)同中心 所在群組中的所有節(jié)點廣播解散信息，并返回步驟S2重新構(gòu)建群組。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟S8還包括：判斷與該非可再生能源節(jié)點作為協(xié)同中心的分區(qū)相 鄰的分區(qū)中，是否存在該非可再生能源節(jié)點的鄰居節(jié)點，若存在，則重新為該鄰居節(jié)點劃分 群組。
[0012] 優(yōu)選地，還包括：計算該協(xié)同中心向所述多個節(jié)點廣播上傳數(shù)據(jù)的功率 Lhf-n
[0013] p^)=eWxpjm^
[0014] 其中，Ptl為所述其他節(jié)點接收靈敏度的閾值，m為剩余能量大于所述平均值的節(jié)點 數(shù)目，Lbf為自由空間損耗，Lb為實際環(huán)境中的路徑損耗，Pt為發(fā)射功率，匕為接收功率，η 為所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的信道衰減因子。
[0015] 優(yōu)選地，在計算所述功率之前還包括：對于任一協(xié)同中心，該協(xié)同中心獲取其所在 群組中其他節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將獲取到的數(shù)據(jù)向剩余能量大于所述平均值的m個節(jié)點廣播。
[0016] 優(yōu)選地，在計算所述功率之前還包括：該協(xié)同中心接收所述多個節(jié)點的反饋信息， 若接收到的反饋信息數(shù)量少于所述多個節(jié)點的數(shù)量，則再次將獲取到的數(shù)據(jù)向所述多個節(jié) 點廣播，若再次接收到的反饋信息的數(shù)量仍少于所述多個節(jié)點的數(shù)量，則將所述反饋信息 的數(shù)量作為m計算Pt(tl)。
[0017]通過上述技術(shù)方案，在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）中通過各協(xié)同節(jié)點協(xié)同 發(fā)射功率，使得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中所有節(jié)點總體能耗降低，并提高節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)性能，同時兼 顧能量與成本需求，在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中引入可再生能源節(jié)點以滿足網(wǎng)絡(luò)對能量的需求，節(jié) 省非可再生能源節(jié)點有限的能量，最終達(dá)到高效利用可再生能源，延長網(wǎng)絡(luò)壽命的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0019] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量 均衡調(diào)度方法中節(jié)點劃分群組過程的示意流程圖；
[0020] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例為節(jié)點劃分群組的示意圖；
[0021] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例為節(jié)點劃分群組的示意圖；
[0022] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組群劃分完成后節(jié)點間能 量均衡調(diào)度方法的具體示意流程圖；
[0023] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的在可再生能源節(jié)點能量充足時協(xié)同中心與 匯聚節(jié)點進(jìn)行通信的示意圖；
[0024] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的在可再生能源節(jié)點能量不足時多個節(jié)點協(xié) 同向匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)的示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施 方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例 及實施例中的特征可以相互組合。
[0026] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)點以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還 可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公 開的具體實施例的限制。
[0027] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量 均衡調(diào)度方法的群組劃分過程，包括：S1，將目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域劃分為多個全等的圖形作為多個 分區(qū)，其中，圖形外接圓的半徑等于目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中節(jié)點的通信半徑；S2,對于多個分區(qū)中 的任一分區(qū)，判斷該分區(qū)中的是否存在可再生能源節(jié)點，若存在，則判斷是否存在多個可再 生能源節(jié)點，若存在多個，則將多個可再生能源節(jié)點中的距離該分區(qū)中心最近的節(jié)點作為 該分區(qū)的協(xié)同中心，若只存在一個，則將該可再生能源節(jié)點作為該分區(qū)的協(xié)同中心，若不存 在，則將該分區(qū)中距離該分區(qū)中心最近的非可再生能源節(jié)點作為該分區(qū)的協(xié)同中心；S3， 對于目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中任一非協(xié)同中心的節(jié)點，判斷在該節(jié)點的通信半徑內(nèi)是否存在協(xié)同中 心，若存在，則加入該協(xié)同中心所在的群組，若不存在，則加入與該節(jié)點存在公共鄰居節(jié)點， 且加權(quán)距離最短的協(xié)同中心所在的群組。
[0028] 本實施例中的圖形具體可以是正三角形、正方形或者正六邊形，通過這種方式劃 分目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域，可以保證目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的組群劃分和能量調(diào)度趨于理想情況。例如圖 形為正六邊形時，那么每個正六邊形內(nèi)的節(jié)點形成一個群組，每個群組具有一個協(xié)同中心 節(jié)點，協(xié)同中心節(jié)點位置位于正六邊形的中心，并且協(xié)同中心為可再生能源節(jié)點，且其供電 類型能量充足，由于正六邊形外接圓的半徑等于其邊長，等于分區(qū)中節(jié)點的通信半徑（預(yù) 先設(shè)置目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中每個節(jié)點的通信半徑相等，實際操作中，節(jié)點的通信半徑包含兩種 模式，一種是普通模式，當(dāng)節(jié)點與群組內(nèi)的其他節(jié)點通信時采用普通模式的通信半徑，上述 六邊形的邊長即等于普通模式的通信半徑，另一種是加強(qiáng)模式，當(dāng)節(jié)點與群組外的其他節(jié) 點進(jìn)行通信時采用加強(qiáng)模式的通信半徑，加強(qiáng)模式的通信半徑大于普通模式的通信半徑）， 那么理想情況下，目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的每個節(jié)點都可以在其通信半徑內(nèi)找到一個協(xié)同中心， 并歸入其所在群組，這樣協(xié)同中心節(jié)點能夠與群組內(nèi)其他所有節(jié)點進(jìn)行直接通信，方便協(xié) 同中心節(jié)點進(jìn)行任務(wù)分工，減少因多跳和轉(zhuǎn)發(fā)增加的非協(xié)同中心節(jié)點的能耗。
[0029] 當(dāng)然，協(xié)同中心位于圖形中心只是理想情況，一般情況下，可再生能源節(jié)點和非可 再生能源節(jié)點在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中是區(qū)域隨機(jī)分布的，所以對于每個分區(qū)，需要考慮其中可 再生能源節(jié)點的個數(shù)，如果存在多個可再生能源節(jié)點，則將其中距離所在分區(qū)中心最近的 節(jié)點作為協(xié)同中心，如果只存在一個可再生能源節(jié)點，則直接將其作為協(xié)同中心，如果不存 在可再生能源節(jié)點，則選擇距離分區(qū)中心最近的非可再生資源節(jié)點作為協(xié)同中心。
[0030] 通過上述方式選取每個分區(qū)的協(xié)同中心，可以保證盡可能地選取可再生能源節(jié)點 作為協(xié)同中心向匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)，以及向群組內(nèi)的其他節(jié)點廣播數(shù)據(jù)，從而充分地利用 了可再生能源節(jié)點產(chǎn)生的能量，并且避免了對非可再生能源節(jié)點中能量的消耗，降低了整 個網(wǎng)絡(luò)的能耗成本，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。
[0031] 更進(jìn)一步，在研究完協(xié)同中心的選取后，繼續(xù)研究網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的群組劃分問 題。由于協(xié)同中心并不一定位于正六邊形中心，如圖2所示，對于兩個相鄰的分區(qū)來講，協(xié) 同中心hi和非協(xié)同中心節(jié)點a位于左側(cè)分區(qū)中，協(xié)同中心h2位于右側(cè)分區(qū)中，由于h2位于 節(jié)點a的通信半徑內(nèi)，而hi則位于節(jié)點A的通信半徑之外，那么節(jié)點a劃分至以h2為協(xié)同 中心的群組。需要說明的是，群組與分區(qū)并非一定嚴(yán)格對應(yīng)，例如某個分區(qū)具有一個可再生 能源節(jié)點，以該可再生能源節(jié)點作為協(xié)同中心構(gòu)成一個群組，但是并非位于該分區(qū)中的每 個節(jié)點都屬于這個群組，因為該分區(qū)中某些節(jié)點的通信范圍（以通信半徑為半徑的圓）無 法覆蓋到這個可再生能源節(jié)點，也就是說，一般情況下，與某個協(xié)同中心構(gòu)成群組的節(jié)點， 其通信范圍需要覆蓋到這個協(xié)同中心。
[0032] 通過上述群組劃分方式，可以使得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的非協(xié)同中心節(jié)點盡可能地選 取可再生能源節(jié)點作為協(xié)同中心，更進(jìn)一步是選擇距離分區(qū)中心最近的可再生能源節(jié)點作 為協(xié)同中心，從而保證分區(qū)中的可再生能源節(jié)點能夠得到充分利用，并且某個分區(qū)中的節(jié) 點傾向于歸屬于其所在分區(qū)的協(xié)同節(jié)點所在群組，從而使得分區(qū)之間的群組規(guī)劃更加均 勻，更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)中的可再生能量節(jié)點。
[0033] 優(yōu)選地，步驟S3還包括：在該節(jié)點的通信半徑內(nèi)存在協(xié)同中心的情況下，判斷是 否存在多個協(xié)同中心，若只存在一個協(xié)同中心，則加入該協(xié)同中心所在群組，若存在多個協(xié) 同中心，則判斷多個協(xié)同中心的節(jié)點類型，若協(xié)同中心屬于同一類型節(jié)點，則加入相距最近 的協(xié)同中心所在群組，若協(xié)同中心屬于不同類型節(jié)點，則加入相距最近的可再生能源節(jié)點 作為協(xié)作中心的群體。
[0034] 某節(jié)點的通信范圍同時覆蓋到多個協(xié)同中心，那么優(yōu)先加入其中的可再生能源節(jié) 點作為協(xié)同中心的群組。從而保證優(yōu)先利用可再生能源節(jié)點，以降低非可再生能源節(jié)點的 能量消耗，進(jìn)一步可以加入位于同一分區(qū)協(xié)同中心所在群組，以保證分區(qū)之間群劃分更加 均勻，方便協(xié)同中心進(jìn)行任務(wù)分工。 dwa_h = aTh +β'n"
[0035] 優(yōu)選地,加權(quán)距離 今'其中，α和β為預(yù)設(shè)常數(shù)，其中Th 為協(xié)同中心h的供電類型標(biāo)志，當(dāng)協(xié)同中心為可再生能源節(jié)點時Th = 1，當(dāng)協(xié)同中心為非可 再生能源節(jié)點時Th = 0,且對于任一非協(xié)同中心的節(jié)點a，目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中存在P個與其具 有公共鄰居節(jié)點的協(xié)同中心，na_h是指節(jié)點a與協(xié)同中心h的公共鄰居節(jié)點的數(shù)目。
[0036] 在一些情況下，存在非協(xié)同中心節(jié)點，在其通信范圍內(nèi)沒有協(xié)同中心，也就是說在 不轉(zhuǎn)發(fā)的情況下，就沒有群組可以加入，如圖3所示，節(jié)點a的通信范圍雖然能夠覆蓋相鄰 的四個正六邊形分區(qū)，但是卻無法覆蓋到任一分區(qū)中的協(xié)同中心。那么在這種情況下，可以 通過轉(zhuǎn)發(fā)的方式找到合適的協(xié)同節(jié)點，即節(jié)點a可以通過鄰居節(jié)點來與hi、hi、h2、h3、h4 中的一個或多個節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并且根據(jù)供電類型標(biāo)志Th計算加權(quán)距離來判斷節(jié)點的 群組歸屬，能夠在協(xié)同中心為可再生能源節(jié)點的情況下，相對協(xié)同中心為非可再生能源節(jié) 點的情況得到較大的加權(quán)距離，從而使得節(jié)點a更容易被劃分至可再生能源節(jié)點作為協(xié)同 中心的群組中，從而保證對可在能源節(jié)點的充分利用，降低網(wǎng)絡(luò)整體能量消費。
[0037] 如圖4所示，優(yōu)選地，還包括：S4,對于目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的可 再生能源節(jié)點，獲取其自身的剩余能量和通過與匯聚節(jié)點進(jìn)行通信獲取所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域 中所有可再生能源節(jié)點的平均獲取能量，將剩余能量與第一閾值比較，將平均獲取能量與 第二閾值比較，若剩余能量小于第一閾值，且平均獲取能量小于第二閾值，則進(jìn)入步驟S6， 否則進(jìn)入步驟S5 ;S5,作為協(xié)同中心的可再生能源節(jié)點直接向接收其所在組群內(nèi)其他節(jié)點 的信息，并直接將信息上傳至匯聚節(jié)點；S6,計算可再生能源節(jié)點所在群組中所有節(jié)點剩余 能量的平均值，確定所有節(jié)點中剩余能量大于平均值的多個節(jié)點，通過多個節(jié)點協(xié)同向匯 聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)。
[0038] 在實際應(yīng)用中，由于可再生能源節(jié)點較長時間內(nèi)能量的獲取無法實現(xiàn)或者能量獲 取無法滿足能量消耗，網(wǎng)絡(luò)中的可再生能源節(jié)點會出現(xiàn)能量危機(jī)。可再生能源節(jié)點可以定 時向匯聚節(jié)點匯報其剩余能量信息及能量獲取信息。匯聚節(jié)點收到信息后，判斷可再生能 源節(jié)點的剩余能量和從環(huán)境中獲取能量的情況。
[0039] 在同一片農(nóng)田環(huán)境中，可再生能源節(jié)點的能量獲取情況相差不大。因此，可以在匯 聚節(jié)點設(shè)置兩個閾值：可再生能源協(xié)同中心剩余能量閾值Eresidth_，即第一閾值，和單位時 間內(nèi)能量獲取平均值的閾值Ehmvthre，即第二閾值。所有可再生能源協(xié)同中心單位時間內(nèi)獲 取能量的平均值記為：

【權(quán)利要求】
1. 一種農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特征在于，包括：。 S1，將目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域劃分為多個全等的圖形作為多個分區(qū)，其中，所述圖形外接圓的半 徑等于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中節(jié)點的通信半徑； 52, 對于所述多個分區(qū)中的任一分區(qū)，判斷該分區(qū)中的是否存在可再生能源節(jié)點，若存 在，則判斷是否存在多個可再生能源節(jié)點，若存在多個，則將多個可再生能源節(jié)點中的距離 該分區(qū)中心最近的節(jié)點作為該分區(qū)的協(xié)同中心，若只存在一個，則將該可再生能源節(jié)點作 為該分區(qū)的協(xié)同中心，若不存在，則將該分區(qū)中距離該分區(qū)中心最近的非可再生能源節(jié)點 作為該分區(qū)的協(xié)同中心； 53, 對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中任一非協(xié)同中心的節(jié)點，判斷在該節(jié)點的通信半徑內(nèi)是 否存在協(xié)同中心，若存在，則加入該協(xié)同中心所在的群組，若不存在，則加入與該節(jié)點存在 公共鄰居節(jié)點，且加權(quán)距離最短的協(xié)同中心所在的群組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，所述步驟S3還包括：在該節(jié)點的通信半徑內(nèi)存在協(xié)同中心的情況下，判斷是否存 在多個協(xié)同中心，若只存在一個協(xié)同中心，貝1J加入該協(xié)同中心所在群組，若存在多個協(xié)同中 心，則判斷所述多個協(xié)同中心的節(jié)點類型，若所述協(xié)同中心屬于同一類型節(jié)點，則加入相距 最近的協(xié)同中心所在群組，若所述協(xié)同中心屬于不同類型節(jié)點，則加入相距最近的可再生 能源節(jié)點作為協(xié)作中心的群體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特
其中，a和0為預(yù)設(shè)常數(shù)，其中Th為協(xié)同中心h的供電類型標(biāo)志，當(dāng)協(xié)同中心為可再 生能源節(jié)點時Th = 1,當(dāng)協(xié)同中心為非可再生能源節(jié)點時Th = 0,且對于任一非協(xié)同中心的 節(jié)點a，所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中存在p個與其具有公共鄰居節(jié)點的協(xié)同中心，na_h是指節(jié)點a 與協(xié)同中心h的公共鄰居節(jié)點的數(shù)目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，還包括： 54, 對于目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的可再生能源節(jié)點，獲取其自身的剩余 能量，通過與匯聚節(jié)點進(jìn)行通信獲取所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中所有可再生能源節(jié)點的平均獲取 能量，將所述剩余能量與第一閾值比較，將所述平均獲取能量與第二閾值比較，若所述剩余 能量小于所述第一閾值，且所述平均獲取能量小于所述第二閾值，則進(jìn)入步驟S6,否則進(jìn)入 步驟S5 ; 55, 所述作為協(xié)同中心的可再生能源節(jié)點接收其所在組群內(nèi)其他節(jié)點的信息，并直接 將信息上傳至匯聚節(jié)點； 56, 計算所述可再生能源節(jié)點所在群組中所有節(jié)點剩余能量的平均值，確定所述所有 節(jié)點中剩余能量大于所述平均值的多個節(jié)點，通過所述多個節(jié)點協(xié)同向所述匯聚節(jié)點上傳 數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，所述步驟S5還包括：對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的非可再生能 源節(jié)點，該非可再生能源節(jié)點獲取自身與所述匯聚節(jié)點的第一距離，以及與自身距離最近 的可再生能源節(jié)點的第二距離，并判斷所述第一距離是否大于所述第二距離，若大于，則該 非可再生能源節(jié)點通過所述最近的可再生能源節(jié)點向所述匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)，否則直接向 所述匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，還包括：S8,對于所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中的任一作為協(xié)同中心的非可再生能源節(jié)點， 判斷該非可再生能源節(jié)點的剩余能量是否小于第三閾值，若小于，則向該協(xié)同中心所在群 組中的所有節(jié)點廣播解散信息，并返回步驟S2重新構(gòu)建群組。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，所述步驟S8還包括：判斷與該非可再生能源節(jié)點作為協(xié)同中心的分區(qū)相鄰的分區(qū) 中，是否存在該非可再生能源節(jié)點的鄰居節(jié)點，若存在，則重新為該鄰居節(jié)點劃分群組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，還包括：計算該協(xié)同中心向所述多個節(jié)點廣播上傳數(shù)據(jù)的功率
其中，Ptl為所述其他節(jié)點接收靈敏度的閾值，m為剩余能量大于所述平均值的節(jié)點數(shù) 目，Lbf為自由空間損耗，Lb為實際環(huán)境中的路徑損耗，Pt為發(fā)射功率，P,為接收功率，n為 所述目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的信道衰減因子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其特 征在于，在計算所述功率之前還包括：對于任一協(xié)同中心，該協(xié)同中心獲取其所在群組中其 他節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將獲取到的數(shù)據(jù)向剩余能量大于所述平均值的m個節(jié)點廣播。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述農(nóng)田傳感網(wǎng)多天線陣列傳輸分區(qū)節(jié)點能量均衡調(diào)度方法，其 特征在于，在計算所述功率之前還包括：該協(xié)同中心接收所述多個節(jié)點的反饋信息，若接 收到的反饋信息數(shù)量少于所述多個節(jié)點的數(shù)量，則再次將獲取到的數(shù)據(jù)向所述多個節(jié)點廣 播，若再次接收到的反饋信息的數(shù)量仍少于所述多個節(jié)點的數(shù)量，則將所述反饋信息的數(shù) 量作為m計算Pt(tl)。
【文檔編號】H04W52/42GK104363647SQ201410710887
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】黃鋒, 郝鵬, 李飛飛, 彭程, 梁居寶 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心