[发明专利]无线传感器网络中基于节点性能的任务分配算法

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基于节点性能的任务分配算法。

背景技术

无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、智能家居和智能楼宇、城市交通、大型动植物养殖场的安全监测等领域。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的方方面面。无线传感器网络是由数量众多的体积小、质量轻和能量受限的节点组成，通常通过飞机投放的形式部署在观测区域，由节点间相互通信形成的一个自组织网络。随着应用的实时性要求越来越高，计算密集度越来越大，而传感器的电池电量和运算处理速度有限，多个节点相互协作比单一节点更能满足应用所要求的计算能力。同时传感器节点相互协作共同完成任务，也是节约节点能量，提高系统性能，满足应用需求的有效途径。分布式计算是协作的理论基础，在无线传感器网络中起着重要的作用。

感知节点检测到任务流并分配给不同的传感器节点进行处理，每个节点分别对分配到的任务进行处理，直到所有任务处理完成。合理的分布式计算可以保证算法的可靠性，并且避免大量任务处理工作分配给单一节点而使其能量耗竭，因此节点能耗均衡得到广泛关注和研究。任务调度和分配算法在提高分布式计算效率，均衡节点能耗中起了重要的作用，合理的任务分配在高效协作任务处理中有着举足轻重的地位，并且正被广泛研究。

目前很多任务分配方案都是基于同构网络提出的，部分异构网络中提出的任务分配方案也没有能够综合考虑能量消耗、成功概率和实时性的问题。朱敬华和高宏在《无线传感器网络中能源高效的任务分配算法》中提出一种在同构网络环境下基于遗传算法的嵌套优化技术的任务分配算法，满足应用的实时性要求也实现了能源的高效性，但是由异构节点构成的网络更符合现实应用的需求。Sekhar 等人提出一种基于A*算法的将任务分配给大量传感器节点的最优化算法，同时考虑到节点的能量受限问题，提出了贪婪A*算法来减少A*算法最优分配方案的复杂度。实现了系统能源高效，但是未能保证任务的并行化处理，没有体现应用的实时性。

 

发明内容

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任务分配算法中节点性能指标的确定方法，此方法应用于无线传感器网络协作任务处理时优化任务的分配方案，可以提高任务的实时响应性，均衡节点的能量消耗，延长系统生命周期。

本发明的技术方案是提供无线传感器网络中基于节点性能的任务分配算法，其是根据节点处理任务的能量消耗、速率以及成功率构造出节点任务处理性能参数的方法，其特征在于：其包括以下步骤： 

1）构造一个由异构节点组成的一跳无线传感器节点模型，每个传感器节点包括其计算速率和单位计算能耗以及单位通信能耗；

 2）根据解决目标问题的所有任务之间的相互关系，将所有任务根据其相互之间的逻辑关系和权重划分为若干个任务小组；

3）根据预设数学公式计算每个节点处理每个所述任务小组中的任务的计算能量消耗以及通信能量消耗；

4）将计算得到的每个节点处理每个所述任务小组中的任务的能量消耗、节点的合作成功率和计算速率乘上各自的权重后累加，以累加值作为该节点的性能参数；

5）根据所有节点的性能参数，遍历将所有所述任务小组分配给节点的情况，选取其中所有节点的性能参数总和最佳的分配方案。

优选的，所述步骤2）中根据预设规则将所述任务根据各自间的关系分配成若干任务小组。

优选的，所述步骤2）中将所有所述任务划分为若干个任务小组的划分原则为：

1）：兄弟任务划分到不同的任务小组内； 

2）：父亲任务总是要求权重最大的没有入组的孩子任务加入自己组内；

3）：孩子任务收到多个父亲任务的要求时，总是加入权重较大的父亲任务所在小组。

优选的，所述步骤3）中的能量消耗包括计算能量消耗和通信能量消耗。

优选的，所述步骤4）综合考虑影响节点处理任务的各方面因素，并将量化节点性能指标问题看作是这几个因素的最优化问题，拟合出所述节点性能参数。