[发明专利]一种基于哈夫曼树平衡无线传感器网络节点能耗的方法

说明书

本发明公开了一种基于哈夫曼树平衡无线传感器网络节点能耗的方法，涉及无线传感器网络领域。该方法类比不同能级的电子在原子中分层分布的现象，提出了一种哈夫曼树电量分层模型，根据各个节点剩余电量的不同，通过构建哈夫曼树将具有不同电量的节点划分到不同的层次，最低层次的节点具有相对最少的电量，然后对于每一层的节点从左到右依次从上层节点中选取距离该节点最短且可直接连接的节点作为父节点进行数据转发，使具有更多电量的节点承担更多的任务。本发明涉及无线传感器网络领域，缓解了节点电量消耗速度的不均衡性，使剩余较少电量的节点能够使用更长的时间，进而延长了整个无线传感器网络的生命周期。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种基于哈夫曼树平衡无线传感器网络节点能耗的方法。

背景技术

无线传感器网络通过大量的传感器节点感知环境，获取数据。现在的传感器节点大多采用多跳的方式进行通信，即节点的数据通过相邻的一些节点对数据进行转发，最终将数据发送到管理节点，管理节点可以进行处理也可以发送到服务器进行处理。

无线传感器网络中的传感器节点具有自组织能力，但在实际使用中存在一些问题：

传感器节点与具有稳定供电的管理节点不同，由于需要散布在环境中获取数据，主要靠自身电池供电，且电池能量有限，当电量耗尽时，会停止工作影响整个无线传感器网络的感知与数据转发，而且更换电池复杂；

无线传感器网络中的一些节点所处位置感知数据量较少或者承担的数据转发任务较少，与其他节点相比其电量消耗更慢，在无线传感器网络工作的过程中，不同节点的电量消耗速度是不均衡的；

传感器节点的通信能力有限，所以一般采用多跳方式进行远距离通信，但同时也带来了能量空洞(energy hole)问题，即一个节点相较于其他节点由于数据转发或感知数据过于频繁导致电量耗尽产生的节点停止工作的问题，如果一个节点停止工作，则会产生能量空洞，无线传感器网络则会失去对该节点所在区域的感知能力，缩短了整个网络的可使用生命周期，但是其他节点可能依旧有较多的剩余电量没有进行充分的利用，造成了资源的浪费；

如何平衡无线传感器网络中不同节点的能耗，是延长整个无线传感器网络生命周期面临的主要挑战。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种根据各个节点剩余电量的不同，通过构建哈夫曼树将具有不同电量的节点划分到不同的层次，最低层次的节点具有相对最少的电量，具有更多电量的节点承担更多的任务，使剩余较少电量的节点能够使用更长的时间的基于哈夫曼树平衡无线传感器网络节点能耗的方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于哈夫曼树平衡无线传感器网络节点能耗的方法，包括以下步骤：

步骤1：当无线传感器网络中某个传感器节点的电量降低到设定的电量预警值数列中某一数值时，传感器节点将该信息发送到管理节点；

步骤2：管理节点获取传感器节点的数据，当无线传感器网络中降低到设定电量预警值数列的传感器节点数量到达设置的阈值，或者某一个传感器节点多次经过电量预警值数列时，通过哈夫曼树电量分层模型使用传感器节点剩余电量构建哈夫曼树对传感器节点进行分层；

步骤3：从构建的哈夫曼树最低层开始，从左到右依次为每个传感器节点选择上面所有层中能够直接连接且距离最短的传感器节点作为父节点，每个传感器节点能够设置连接的子节点数量；

步骤4：管理节点将每个传感器节点的父节点信息发送到每个传感器节点，无线传感器网络根据新分配的信息重新启动。

优选地，所述无线传感器网络具有以下特征：

a)无线传感器网络中传感器节点负责感知环境数据，感知范围固定，进行自组织，以多跳方式将数据发送到管理节点，无汇聚节点；