簇命令和基站計(jì)算的最優(yōu)數(shù)據(jù)流量Itest，節(jié)點(diǎn)在 簇內(nèi)廣播自己的能量信息并根據(jù)鄰節(jié)點(diǎn)的能量信息計(jì)算容量和容差，廣播各自容差信息并 建立成表，選舉容差最大節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首，其余成為簇成員；
[0119] (5)簇首建立TDMA調(diào)度表并在簇內(nèi)廣播，簇成員按TDMA調(diào)度表安排時(shí)隙進(jìn)行工 作；
[0120] (6)開始數(shù)據(jù)傳輸階段。節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到簇首，數(shù)據(jù)包內(nèi) 容包含節(jié)點(diǎn)ID、剩余能量E rast、能耗值E_、能量采集值Eup、環(huán)境信息數(shù)據(jù)；
[0121 ] (7)簇首進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并采用簇首問多跳的方式轉(zhuǎn)發(fā)給基站，第η層簇首i將數(shù)據(jù) 包轉(zhuǎn)發(fā)給第（n-1)層簇首」，按<
瀨式，選擇+U中的簇首 j作為下一跳節(jié)點(diǎn)；
[0122] (8)基站接收全網(wǎng)數(shù)據(jù)，本輪循環(huán)結(jié)束，并準(zhǔn)備下一輪循環(huán)。
[0123] 小結(jié)
[0124] 本發(fā)明提出了一種傳感器節(jié)點(diǎn)基于太陽能采集的網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化分簇路由算法 CR0NF，其中包含的創(chuàng)新點(diǎn)在于：在能量充裕期，算法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)能量信息計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的 容量和容差、以及網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)數(shù)據(jù)流量，并以節(jié)點(diǎn)容差作為簇首選舉的基準(zhǔn)，保證信道足夠帶 寬以供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流增廣，算法可動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的能量變化。通過在同等條件下CRONF算法 與ACSP算法、LEACH算法的仿真對(duì)比，理論和仿真實(shí)驗(yàn)表明，CRONF算法可充分利用太陽能 采集能量，有效防止能量溢出浪費(fèi)，并大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能。
[0125] 篇幅所限，本發(fā)明并未詳細(xì)例舉仿真對(duì)比、仿真試驗(yàn)等詳情。
[0126] 展望
[0127] 本發(fā)明主要研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議在具有太陽能采集功能下進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化的可能性，結(jié)合了圖論和網(wǎng)絡(luò)流問題的相關(guān)理論及前人對(duì)WSN網(wǎng)絡(luò)能耗均衡分 簇路由協(xié)議的研究，提出了在耗能期、儲(chǔ)能器、能量充裕期三種不同時(shí)期WSN的不同運(yùn)行模 式，CRONF算法根據(jù)不同的運(yùn)行模式設(shè)計(jì)了不同的簇首選舉機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。其中重點(diǎn) 在于網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化階段，該階段根據(jù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的能量信息計(jì)算最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量和節(jié)點(diǎn)容 差，充分考慮了信道帶寬對(duì)于數(shù)據(jù)流的適應(yīng)性，通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量改變節(jié)點(diǎn)能耗速率，適應(yīng) 太陽能變化特點(diǎn)，充分利用環(huán)境能量，保證了網(wǎng)絡(luò)生命周期，并大大改善網(wǎng)絡(luò)性能。
[0128] 通過設(shè)計(jì)Matlab仿真可以看出，CRONF算法的穩(wěn)定性和均衡性都較ACSP算法稍 微優(yōu)越，而且從仿真結(jié)果可以看出CRONF算法的確可以高效地利用環(huán)境能量，達(dá)到提升網(wǎng) 絡(luò)性能以及保證網(wǎng)絡(luò)生命周期的目標(biāo)，也即是說明了 CRONF算法在理論上是可行的。
[0129] 具有環(huán)境能量采集功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理技術(shù)目前還處于新興階段， 其涉及的技術(shù)包括硬件、軟件等多方面，而在路由算法的研究更是少之又少，這個(gè)課題研究 對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用極具意義，希望有更多的研究學(xué)者能加深對(duì)這個(gè)課題的 研究中來，不斷完善WSN的路由技術(shù)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，并最終使研究成果可投入到 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中。
[0130] 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其他各種相應(yīng) 的改變以及變形，而所有的這些改變和變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在于： 結(jié)合容差修正網(wǎng)絡(luò)最大流FF算法，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流鏈路增廣，同時(shí)簇首的選 舉機(jī)制引入容差因素，保證增廣鏈路有足夠的容量即保證信道帶寬可供數(shù)據(jù)流傳輸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在 于： 根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所工作于三個(gè)不同時(shí)期的傳感器節(jié)點(diǎn)能量特點(diǎn)，綜合考慮傳感器 節(jié)點(diǎn)的剩余能量、能量采集速率、能耗速率以及路由信息，節(jié)能模式引入傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余 能量作為簇首選舉的主要因素，在能量充裕期工作時(shí)，多余的能量會(huì)被用于進(jìn)行增廣網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)信道帶寬計(jì)算最佳數(shù)據(jù)流量，增加無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗，使能耗速率與 能量采集速率保持相對(duì)穩(wěn)定，充分利用環(huán)境補(bǔ)給的能量，提高網(wǎng)絡(luò)性能。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在 于： 把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)看作是一個(gè)有向容量網(wǎng)絡(luò)，把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量問題轉(zhuǎn) 化為網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化問題，在分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，簇成員作為源點(diǎn)，簇首作為中間頂點(diǎn)， 基站作為匯點(diǎn)，應(yīng)用容差修正網(wǎng)絡(luò)最大流FF算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化，選取中間頂點(diǎn)容差大的 鏈路進(jìn)行增廣，選擇容差大的節(jié)點(diǎn)作為簇首，保證數(shù)據(jù)流增廣后鏈路有足夠的帶寬來進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在 于： 在耗能期和儲(chǔ)能期，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作于節(jié)能模式，簇首選擇機(jī)制引入傳感器節(jié)點(diǎn) 的能量信息來作為主要考慮因素，同一個(gè)簇的傳感器節(jié)點(diǎn)以均勻概率在簇內(nèi)循環(huán)輪流擔(dān)任 簇首，節(jié)點(diǎn)剩余能量和能量采集值較大的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首的概率比較大，并且設(shè)定剩余能量 低于閾值的節(jié)點(diǎn)不能擔(dān)任簇首。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在 于： 在能量充裕期，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化階段，需要對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行增廣，引用容 差修正網(wǎng)絡(luò)最大流FF算法，選擇容差較大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為簇首。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在 于： 分簇階段，若基站發(fā)布按網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化分簇命令，傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算自己的容差并在簇內(nèi) 廣播自己的容差信息，簇內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)都知道鄰節(jié)點(diǎn)的容差信息并各自建立成表， 在此表中容差最大的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)擔(dān)任本輪的簇首，并按基站提供的最優(yōu)數(shù)據(jù)流量信息制定本 簇的TDMA調(diào)度表。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法，其特征在于 包括以下步驟： (1) 每輪開始，基站根據(jù)上一輪WSN傳感器節(jié)點(diǎn)的能量信息計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量 值焉：、平均能耗值&、平均能量采集值瓦> (2) 基站判斷WSN處于耗能期、儲(chǔ)能器還是能量充裕期并廣播信息， 若兔：2耳^，且2心，則WSN進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化階段，轉(zhuǎn)（4); 否則，WSN進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)能耗均衡優(yōu)化階段，轉(zhuǎn)（3); (3) 節(jié)點(diǎn)接收基站網(wǎng)絡(luò)能耗均衡優(yōu)化分簇命令，計(jì)算閾值T(i)，產(chǎn)生0~1的隨機(jī)數(shù) a，若a<T(i)，則擔(dān)任簇首；否則，則為簇成員； (4) 節(jié)點(diǎn)接收基站網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化分簇命令和基站計(jì)算的最優(yōu)數(shù)據(jù)流量ltest，節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi) 廣播自己的能量信息并根據(jù)鄰節(jié)點(diǎn)的能量信息計(jì)算容量和容差，廣播各自容差信息并建立 成表，選舉容差最大節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首，其余成為簇成員； (5) 簇首建立TDMA調(diào)度表并在簇內(nèi)廣播，簇成員按TDMA調(diào)度表安排時(shí)隙進(jìn)行工作； (6) 開始數(shù)據(jù)傳輸階段。節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到簇首，數(shù)據(jù)包內(nèi)容包 含節(jié)點(diǎn)ID、剩余能量Erast、能耗值￡_、能量采集值Eup、環(huán)境信息數(shù)據(jù)； (7) 簇首進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并采用簇首間多跳的方式轉(zhuǎn)發(fā)給基站，第n層簇首i將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn) 發(fā)給第（n-1)層簇首j，按緣似 > +賽財(cái)模式，選擇(像/ +黎於)1中的簇首j作為下 一跳節(jié)點(diǎn)； (8) 基站接收全網(wǎng)數(shù)據(jù)，本輪循環(huán)結(jié)束，并準(zhǔn)備下一輪循環(huán)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法：結(jié)合容差修正網(wǎng)絡(luò)最大流FF算法，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流鏈路增廣，同時(shí)簇首的選舉機(jī)制引入容差因素，保證增廣鏈路有足夠的容量即保證信道帶寬可供數(shù)據(jù)流傳輸。本發(fā)明提供的基于能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化的相關(guān)理論知識(shí)和原則，根據(jù)所設(shè)定的具體太陽能采集模型，設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的工作模式，在整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量充裕時(shí)期在數(shù)據(jù)流方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明可兼顧維持網(wǎng)絡(luò)能耗均衡，保證網(wǎng)絡(luò)的生命周期，同時(shí)可以高效地利用環(huán)境能量，提高網(wǎng)絡(luò)性能。
【IPC分類】H04W28/10, H04W24/02, H04W40/10
【公開號(hào)】CN105120474
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510423061
【發(fā)明人】劉貴云, 何天祺, 姚菁, 唐冬, 周亞州, 鄔嘉麒
【申請(qǐng)人】廣州大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日