[发明专利]无线传感器网络中复杂任务协作处理的控制节点选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络通信领域，具体说是一种无线传感器网络中复杂任务协作处理的控制节点选取方法。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）由于其高度的学科交叉性和广泛的应用前景受到世界各地学术界和工业界的高度关注，是新兴的前沿热点研究方向。其被广泛应用于许多领域来处理敏感的信息，应用场景包括军事、工业、家庭、医疗健康、环境监测等诸多领域。比如，无线传感器网络可以对建筑物内火灾发生进行准确及时地预报；当发生地震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难打击的应急场合，也需要无线传感器网络这种不依赖任何固定网络设施、能快速布设的自组织网络技术；在地处偏远、动植物受到保护的自然保护区或湿地保护区，无法采用固定或预设的网络设施进行通信，而采用无线传感器网络来进行信号采集与处理毫无疑问是最佳的选择。

无线传感器节点作为组成无线传感器网络的基本组成单元，受到实际应用等诸多方面的影响，其能量、通信半径、计算能力、感知范围等都是有限的。一般在实际应用中，单个节点无法完成指定任务。无线传感器网络的分布式特点，使得在车况复杂的交通运输方面，在战况激烈的军事战场，在医护医疗方面，在大片的动物养殖基地和海洋环境下，需要对目标运动状态进行监测、定位及跟踪的应用要求下，要求多个传感器节点协作来达到应用需求。协作作为无线传感器网络的基本属性，是无线传感器网络工作的基本模式，为了充分利用传感器节点的有限资源，均衡网络能量消耗，选取最合适的节点来参加任务的协作处理，可以避免任务处理中不必要的通信消耗与时间延迟。复杂任务协作求解时，需要预先对任务进行描述与分解，然后由某些能量较大的节点通过协调管理，经过若干通信与计算后，挑选出协作节点对任务进行协作。

Mauri Kuorilehto所写的一篇无线传感器网络分布式应用的综述中总结了近年来，在协作复杂任务处理的过程中，任务处理时的任务间通信以及任务迁移都在在整个工作区域进行的，划分后的子任务都是从整个工作区域内挑选节点来进行任务处理的。而当感知节点通知某节点来处理相应任务时，此节点可能还在处理上一个任务，这时就会带来任务的堆积，从而导致任务处理的时间延迟；或此正在处理任务的节点直接拒绝感知节点的征用要求，不对下一个任务进行处理，引起无效通信，增加能耗。以上种种不足严重降低了复杂任务协作处理的效率，浪费了网络能量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种在无线传感器网络中复杂任务协作处理的控制节点选取方法，此方法应用于无线传感器网络通讯时，可以提高复杂任务协作处理的效率，节约网络能量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

无线传感器网络中复杂任务协作处理的控制节点选取方法，该方法包括如下步骤：

（1）感知节点感知到复杂任务后对任务进行描述并分解为m个子任务；

（2）感知节点广播消息要求工作区域内的所有一跳范围内的其他节点返回各自的ID号、位置信息和能量信息，收到广播消息的其他节点将各自的ID号、位置信息和自身剩余能量返回给感知节点；

（3）感知节点收到各节点的返回信息后，根据能量由大到小顺序对节点进行排序，得到节点序列                                                、、……；

（4）根据步骤（3）中的节点排序，感知节点分析两节点与感知节点三点组成角度的大小，选出夹角值符合要求的节点，确定这些节点为控制节点，控制节点的个数与步骤（1）中分解的子任务的个数相等，即为m个控制节点，定义两节点与感知节点三点组成的角度为，则存在以下关系，其中，m为子任务的个数，为任意非负的正整数；

（5）根据步骤（4）选出的控制节点，将整个工作区域划分为与控制节点个数相等的子工作区域，即划分为m个子工作区域，每个控制节点负责一个子工作区域，每个控制节点的编号与各自管理的子工作区域的编号保持一致，m个子任务分别在这m个子工作区域内由m个控制节点整体管理协作过程；

（6）工作区域内的其他节点通过比较自身与子工作区域的位置关系，来确定自己属于哪一个子工作区域，并将自己所属的子工作区域号发送给感知节点，感知节点将每个子工作区域内各个节点的ID号、位置坐标和能量值发送给已经确认的相应子工作区域内的控制节点，控制节点收到后保存信息，并分析挑选出工作区域内其他节点的各种属性来确定哪些节点作为协作节点。