[发明专利]一种环境监测定向WSN节能实现的方法

说明书

本发明涉及无线传感器网络技术领域，且公开了一种环境监测定向WSN节能实现的方法，包括在用于环境监测中的WSN设有一个基站，基站覆盖区域内设置多个传感器节点，测基站接收机的热噪声功率谱密度，检测基站内传感器发射功率，测量基站内的天线增益，同时测量基站覆盖区域的面积。该环境监测定向WSN节能实现的方法，通过在节点的硬件能量优化方面，提出通过基站天线成型技术提高指向传感器部署稠密方向的天线增益、降低传感器部署稀疏区域方向的天线增益(天线增益在空域中的总值是一定的)，从而延长网络生命周期，推导出给定系统约束情况下的平均网络生命周期的上界值，设计网络中帧结构并用FPGA实现基于流水线的帧处理。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体为一种环境监测定向WSN节能实现的方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless sensor network,WSN)因有成本低、易部署等显著优势而在土壤、大气及水环境监测等方面广泛应用，通过在环境监测区域内部署一定的传感器节点，实现对土壤酸碱度、水源水质等相关信息的采集和传输，并以无限通信的方式将采集的信息传送至基站，但是，环境监测中的传感器节点通常采用电池供电，为避免电池的频繁更换，就非常有必要加强对其能量管理的重视(即能耗问题)；

针对WSN中的能耗问题，现有研究主要从节点能量优化策略和网络能量优化策略两方面展开，其中节点能量优化策略主要包括硬件节能和软件节能，硬件能量优化策略主要从传感器节能、微处理器节能和无线收发节能三个方面展开研究；软件能量优化策略主要体现在操作系统的设计和调度协议与算法的研究上，除了在节点级进行能量优化外，在整个网络层面也应该实施能量优化，网络层面的能量优化策略主要包括基于网络拓扑的能量优化技术、基于路由选择的能量优化技术和基于数据融合的能量优化技术，其中，拓扑控制分为功率控制和分层或分簇(睡眠调度)两类，无线传感器网络的路由协议按网络结构可分为平面型和层次型两类，以上相关工作均是针对网络中的传感器节点进行设计，但并未通过对基站端的设计来实现网络能耗的优化。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种环境监测定向WSN节能实现的方法，解决了未通过对基站端的设计来实现网络能耗的优化的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种环境监测定向WSN节能实现的方法，具体操作步骤如下：

所述S1、在用于环境监测中的WSN设有一个基站，基站覆盖区域内设置多个传感器节点，同时基站覆盖区域中的传感器数量表示为N，传感器的放置位置表示为(x,y)；

S2、检测基站接收机的热噪声功率谱密度，热噪声功率谱密度表示为N_o，检测基站内传感器发射功率，传感器的发射功率表示为P_T(x,y)，测量基站内的天线增益，基站天线增益表示为g_R(x,y)，同时测量基站覆盖区域的面积，面积表示为A；

S3、根据S1步骤以及S2步骤按照通信相关理论，可假设基站内传感器节点存活时间是其发射机功率的反函数，为简化推导，以传感器的发射功率作为优化参数，因此位于(x,y)位置的传感器信干噪比γ(x,y)可表示为：

S4、测量基站发射机天线增益，发射机天线增益表示为G_T，测量基站中所有天线的平均天线增益，平均天线增益表示为G_R，测量传感器电磁波的自由空间损耗，自由空间损耗表示为L_fs，测量传感器电磁波在传输过程中的衰减和大气吸收的损耗，衰减和大气吸收的损耗表示为L_l；