[发明专利]一种基于自供能技术的低功耗无线传感网络设计方法

说明书

本发明提供一种基于自供能技术的低功耗无线传感网络设计方法，具体过程为：将无线节点分成多个子网，每个子网内节点间组成平面式的对等网状网络针对每一子网，根据LEACH协议的路由规则形成稳定的簇结构后，簇节点收集各成员节点的信息表，构建神经网络；在样本数据库中搜集与簇成员信息匹配的样本进行训练，得到簇成员与簇节点的神经网络参数；根据所构建的神经网络，各簇成员节点将融合处理后的信息发送给簇节点；簇节点将接收的信息进行融合处理，然后将反应信息的少量特征值传输给其他子网做进一步的数据融合处理；节点上集成有多种能量采集的自供能装置的接口。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，特别涉及一种基于自供能技术的低功耗无线传感网络设计方法。

背景技术

无线网络被布置在无人值守的环境中时，更换能源几乎不可能，为了节约能源，应尽可能降低网络功耗。LEACH协议是最早提出的无线传感器网络分簇路由算法的算法之一。它对后来的许多基于层次结构的路由协议都有重大的影响。协议周期性地在整个网络内随机选举簇头，成员节点则将数据发送给簇头节点，由簇头对数据进行融合后再发送给汇聚节点。簇头节点收到其它节点发来的加入请求信息后，创建时隙表，为簇内的每一个成员分配一个时隙，然后进入稳定的数据传输阶段。节点只有在属于自己的时隙内，才可以发送数据，而在其他时隙，节点是处于休眠状态的，降低了能量的损耗。采用随机选举簇头的方式有效地降低了网络的能量损耗，延长了网络的生命周期，且采用了数据融合，系统的实时性很好，但频繁选举簇头耗费能量，且要求节点具有较大的功率通信能力，扩展性差。

在无线网络中，数据融合的作用非常显著，主要体现在三个方面：节省整个网络的能量、增强所收集数据的准确性以及提高收集数据的效率三个方面。数据融合是依靠节点上处理器完成的，而处理器的功耗在整个节点的功耗中只占很小一部分。由于目前处理器已成功进入低功耗领域，因此数据处理模块上的功耗要小得多，1K比特的数据以无线方式传输100米所需要消耗的能量可以让100MIPS的处理器处理三百万条指令。因此在无线网络节点内进行数据融合，利用低功耗的处理器资源来降低高能耗的通信开销是非常有实际意义的。

此外，当前无线网络节点的能量来源主要采用是电池，很难获得长久的电池使用寿命。如果利用能量采集或能量挖掘技术使无线传输节点从环境中挖掘能量，从而使无线节点避免能力单向递减，并通过能力管理与能量转移技术解决节点的能量供给问题，将大大提高无线网络寿命。

发明内容

本发明提出了一种基于自供能技术的低功耗无线传感网络设计方法。该方法针对无线传感网络中节点的无线通信和数据处理方式进行低功耗优化设计，支持通过收集周围环境能量实现节点能量供应。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于自供能技术的低功耗无线传感网络设计方法，具体过程为：

将无线节点分成多个子网，每个子网内节点间组成平面式的对等网状网络；

针对每一子网，根据LEACH协议的路由规则形成稳定的簇结构后，簇节点收集各成员节点的信息表，构建神经网络；在样本数据库中搜集与簇成员信息匹配的样本进行训练，得到簇成员与簇节点的神经网络参数；根据所构建的神经网络，每一簇成员节点获知其与簇节点之间信息传输的最短路径，各簇成员节点将融合处理后的信息发送给簇节点；

簇节点将接收的信息进行融合处理，然后将反应信息的少量特征值传输给其他子网做进一步的数据融合处理；

所述节点上集成有多种能量采集的自供能装置的接口。

进一步地，本发明所述根据LEACH协议的路由规则形成稳定的簇结构的过程中，簇节点的选取中综合考虑节点度、节点位置、剩余能量比因素，簇节点的选择原则：首先选择能够连接上其余节点的作为待选节点，然后从待选节点中选择权值最大的节点为簇节点而选择次大的节点作为备选簇节点；