[发明专利]一种无源感知网络节点调度系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网及无源感知网络领域，具体地是一种无源感知网络节点调度系统及方法。

背景技术

近年来，人们一直致力于实现物与物的广泛互联、人和物的深度融合，物联网的概念得到了广泛认可。

但是，由于物联网在实际应用当中表现出了“传感失谐”、“诊断失据”和“模型失用”等典型问题，导致爆发式的大规模物联网应用至今仍未出现，而其中节点的能源问题是一个主要瓶颈。

能源问题导致物联网应用成本大幅增长，基于电池的工作方式又导致节点工作寿命非常有限，尤其是大量监测对象都需要人工进行经常性的电源管理时，其维护开销极大。

无源感知网络为物联网大规模应用提供了一种可能性。无源感知网络由无源感知节点组成，节点自身不配备或不是主要依赖自身的电源设备供电，而是通过从环境中获取能量支撑其计算、感知、通信与组网。传统的有源感知网络由大量自带电池或连接电源的传感器以自组织的方式构成，节点在感知环节本身并不需要考虑有没有电，更多的是考虑如何制定合理的调度策略来保证有效的数据采集和数据转发，同时又节约能源。而对于无源感知网络，节点由于能源的来源不稳定，要考虑的首要问题是尽可能在有限的条件下完成感知任务，低吸能速率和弱蓄电能力的双重限制，对无源感知网络的通信协议设计提出了全新挑战。

节点调度是缓解节点能量问题的重要方法。节点调度是在网络密度较大或允许部分节点暂时休眠的情况下，利用调度算法使节点在不同状态间进行转换，实现在满足网络覆盖质量要求的前提下轮流关闭部分冗余节点。由于无源感知节点和有源节点的区别，其工作机制中除了休眠、工作等状态外，还会存在能量耗尽、能量不足、能量补充时间不定等新问题。

因此，如何提供一种无源感知网络节点调度系统及方法，解决现有无源感知网络的缺陷，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无源感知网络节点调度系统及方法，解决物联网节点能量受限问题，具有较高的网络覆盖率和连通性。

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

一种无源感知网络节点调度方法，包括步骤：

(1)网络自维护，所述网络自维护用于完成所述网络的剖分；

(2)无源节点调度，所述无源节点调度用于实施网络覆盖。

优选地，所述步骤(1)网络自维护，所述网络自维护用于完成所述网络的剖分具体为：

1)Sink节点负责构造一个可完全覆盖不规则感知区域的矩形，然后对所构造的矩形进行剖分，形成若干剖分区域；

2)对所述若干剖分区域进行分簇，形成若干个簇，所述每个簇内涵盖若干个无源节点。

优选地，所述剖分区域为正方形剖分区域。

优选地，所述步骤(2)无源节点调度，所述无源节点调度用于实施网络覆盖具体为：

1)无源节点根据自身位置信息计算所属的簇；

2)选出各个簇的簇头，簇头将各簇的簇头标号、簇编号、簇成员数量等信息发送给Sink 节点；

3)Sink节点将网络中的无源节点进行分组，每个组都应包含所有簇的一个无源节点，每一轮Sink节点只需激活其中一个组；

4)当某一无源节点被选中却能量不足时，立即将该无源节点设为无效节点，并调取其他任意无源节点取代其激活机会。

优选地，所述步骤1)Sink节点负责构造一个可完全覆盖不规则感知区域的矩形，然后对所构造的矩形进行剖分，形成若干剖分区域具体为：

在对网络进行剖分时，Sink节点负责构造一个可完全覆盖不规则感知区域的矩形，再对所构造的矩形进行正方形剖分，形成若干剖分正方形；

所述剖分正方形边长的取值方法如下：当时，边长当时，边长

优选地，所述步骤4)当某一无源节点被选中却能量不足时，立即将该无源节点设为无效节点，并调取其他任意无源节点取代其激活机会具体为：

根据无源节点分簇信息，假设其中任意一个剖分区域为无效节点所在簇，在所述该剖分区域内的所有能量充足的无源节点中，选择一个离所述无效节点距离最近的无源节点，作为替代该无效节点的替代无源节点。

优选地，所述替代无源节点需同时满足以下条件：

其中E_Threshold为节点工作能量的下限值，d_ij为无效节点和替代无源节点之间的距离。