[发明专利]无线传感器网络两阶段节点调度方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络两阶段节点调度方法，其特征在于：将集中式节点调度机制和分布式节点调度机制相结合，分簇完成后在每个簇内进行两阶段节点调度，包括以下步骤：

步骤1：将网络分簇，并选举簇头节点，非簇头节点进行簇头选择；

步骤2：进行第一阶段节点调度：在分簇完成的基础上，每个簇内的成员节点向簇头节点发送自身信息，簇头节点根据接收的成员节点信息，运行集中式节点调度机制，对簇内的成员节点进行统一调度；将调度后的节点状态信息发送给各个成员节点，成员节点接收到簇头节点发送的信息后对自身状态进行更新；

步骤3：进行第二阶段节点调度：在第一阶段节点调度结果的基础上，各个成员节点根据收到的邻居节点广播信息确定自身的邻居节点集，然后根据邻居节点的信息以及自身的剩余能量，运行分布式节点调度机制，对自身进行调度。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络两阶段节点调度方法，其特征在于：所述集中式节点调度机制利用粒子群优化算法，对簇内的节点进行睡眠调度：

假设对含有n个成员节点的簇进行睡眠调度，一个粒子代表睡眠调度问题中的一个可行解，粒子在某一时刻的位置表示成一个n维的0-1二进制排列串，节点处于工作状态用二进制1表示，节点处于睡眠状态用二进制0表示；

根据每个成员节点的能量信息和邻居信息对粒子进行初始化，每个成员节点的睡眠概率p定义如下：

其中，表示节点i的现在的剩余能量，表示节点i的初始能量，表示节点i的当前邻居节点数量，k是节点睡眠的效率参数，每个节点的节点位在0和1之间随机初始化，随机初始化值若大于对应节点的睡眠概率，则该节点位设置为1，否则设置为0；

对于睡眠节点考虑其有效感知度，对于工作节点考虑其冗余覆盖度和剩余能量，定义适应值函数如下：

其中，，表示粒子i在t时刻的位置，表示簇内第j个传感器节点的节点位，j=1,2,…,n，=1表示节点处于工作状态，=0表示节点处于睡眠状态，n表示当前簇内包含的成员节点数量，表示粒子i的当前工作节点集，表示粒子i的当前睡眠节点集，、、表示加权因子, 表示工作节点j的冗余覆盖度，表示睡眠节点j的有效感知面积所对应的圆心角，节点的有效感知面积表示节点的感知区域中未被其他节点重叠覆盖的区域；由此，表示簇内工作节点集的剩余能量之和与该些节点的初始能量之和的比值；表示簇内工作节点集的冗余覆盖面积所对应的圆心角；表示睡眠节点有效感知面积所对应的圆心角；

根据上述适应值函数，构造粒子群优化算法，簇头节点运行粒子群优化算法，选取合适的节点集合工作。

3.根据权利要求2所述的无线传感器网络两阶段节点调度方法，其特征在于：所述分布式节点调度机制按如下方法进行：

网络初始时，簇内所有成员节点以第一阶段的集中式节点调度结果为初始状态；处于工作状态的节点广播自身的信息，广播的信息包括节点的编号、位置信息以及剩余能量，各节点记录下收到的邻居节点发送的信息以确定自身的邻居节点集；

工作节点确定了自身的邻居节点集之后进行调度：

进行调度之前，工作节点给邻居节点发送一条信息告知邻居节点自己开始睡眠调度，邻居节点收到该信息后进入等待状态，处于等待状态的节点不能改变自身的状态；

在没有邻居节点进行调度的情况下，工作节点进行调度；工作节点根据收集到的邻居节点信息计算自身的覆盖冗余度，判断自身是否为冗余节点，如果自身为冗余节点，则节点进入睡眠状态，节点在进入睡眠状态之前，将自身将进入的状态广播给邻居节点，广播完之后进入睡眠状态；如果自身为非冗余节点，则节点运行随机睡眠调度机制：节点以概率pro(i)睡眠，以(1- pro(i))的概率保持工作状态，节点睡眠概率pro定义如下：

其中，RS(i)表示邻居节点对睡眠节点i的冗余覆盖面积之和，Area(i)表示节点i的感知区域的面积；

节点完成调度之后，将自身的状态信息发送给邻居节点，邻居节点接收到该信息后对该节点的状态进行更新，若该节点经过调度后处于睡眠状态，则邻居节点将该节点从其邻居节点集中删除；

睡眠节点不能转发信息，但是可以接收工作节点发送的信息；睡眠节点定时根据收集到的信息计算自己的有效覆盖度，有效覆盖度是节点的有效感知面积所对应的圆心角与圆周角的比值；若睡眠节点的有效覆盖度小于设定值，则该睡眠节点自动唤醒进入工作状态，以保证网络的覆盖率。