传感节点的控制方法及装置与流程

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种传感节点的控制方法及装置。

背景技术：

在5g无线传感器网络中，传感器节点通常被部署在各种环境之下，用于采集数据。但由于节点随机分布，导致节点分布不均，容易让节点在部分区域过于密集分布，使网络中存在大量的冗余节点，冗余节点过多会消耗原本已经非常稀缺的能量资源，严重降低了网络的生存时间。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种传感节点的控制方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供一种传感节点的控制方法，该传感节点的控制方法包括：

对于监测区域内的每个传感节点，根据该监测区域的区域参数、该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值；

根据该传感节点与所述目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子；

根据所述当前控制阈值和所述距离因子的比较结果，控制该传感节点当前处于休眠状态或工作状态。

可选地，所述根据该监测区域的区域参数、该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值，包括：

根据该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域的区域参数，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积；

根据该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径；

根据该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值。

可选地，该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数包括该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最大距离，以及该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最小距离；

所述根据该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值，包括：

计算所述区域半径与所述最小距离的差值，得到第一差值；

计算所述最大距离与所述最小距离的差值，得到第二差值；

计算所述第一差值和所述第二差值的比值，得到所述当前控制阈值。

可选地，该监测区域的区域参数包括该监测区域的面积以及该监测区域内当前的传感节点的总数量；

所述根据该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域的区域参数，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积，包括：

计算所述当前监测性能参数与该监测区域的面积的乘积，得到乘积结果；

计算所述乘积结果与所述当前的传感节点的总数量的比值，得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积。

可选地，所述根据该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域的区域参数，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积之前，还包括：

获取该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数；

根据该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数，计算出该传感节点对应的当前环境因子；

根据该传感节点对应的当前环境因子和预设的标准因子，计算得到该传感节点对应的所述当前监测性能参数。

可选地，该监测区域的当前环境参数包括该监测区域的当前相对湿度、该监测区域的当前温度、该监测区域的当前能见度；该传感节点的性能参数包括：该传感节点的灵敏度、该传感节点获取数据的稳定性参数、该传感节点的采样频率、该传感节点的初始能量、该传感节点的当前剩余能量；该传感节点的位置参数包括该传感节点与目标基站的距离；

所述根据该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数，计算出该传感节点对应的当前环境因子，包括：

基于预设公式：计算出该传感节点对应的当前环境因子；

其中，m表示该监测区域中当前的传感节点的总数量，e(si)表示第i个传感节点si的当前剩余能量，e0表示传感节点的初始能量，he表示该监测区域的当前相对湿度，te表示该监测区域的当前温度，ψe表示该监测区域的当前能见度，dst(si)表示目标基站与第i个传感节点si的距离，ke表示该传感节点的灵敏度，pe表示该传感节点获取数据的稳定性参数，fe表示该传感节点的采样频率，μ、η∈(0，1，μ、η表示调节因子，且

可选地，所述当前监测性能参数为所述当前环境因子与所述标准因子之和。

可选地，所述根据所述控制阈值和所述距离因子的比较结果，控制该传感节点处于休眠状态或工作状态，包括：

若所述控制阈值大于或等于所述距离因子，则控制该传感节点当前处于工作状态；

若所述控制阈值小于所述距离因子，则控制该传感节点当前处于休眠状态。

可选地，该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数包括该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最大距离，以及该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最小距离；

所述根据该传感节点与所述目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子，包括：

计算该传感节点与所述目标基站的距离与所述最小距离的差值，得到第三差值；

计算所述最大距离与所述最小距离的差值，得到第四差值；

计算所述第三差值和所述第四差值的比值，得到所述距离因子。

为实现上述目的，本发明还提供了一种传感节点的控制装置，该控制装置包括：

第一计算模块，用于对于监测区域内的每个传感节点，根据该监测区域的区域参数、该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值；

第二计算模块，用于根据该传感节点与所述目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子；

节点控制模块，用于根据所述当前控制阈值和所述距离因子的比较结果，控制该传感节点当前处于休眠状态或工作状态。

可选地，该控制装置还包括：获取模块、第三计算模块；

所述获取模块用于获取该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数；

所述第三计算模块用于：根据该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数，计算出该传感节点对应的当前环境因子；根据该传感节点对应的当前环境因子和预设的标准因子，计算得到该传感节点对应的所述当前监测性能参数。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明所提供的传感节点的控制方法及装置，能够最大限度的降低传感器网络的能耗，延长传感器网络的生存时间，并保证传感器网络的数据传输。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种传感节点的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种传感节点的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种传感节点的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的传感节点的控制方法及装置进行详细描述。

在传感器网络中，为了减少能耗，可采用合适的传感器休眠机制，使得一些冗余或无需工作的节点处于功耗较低的休眠状态。目前常用的节点休眠方法主要有：节点统一休眠方法和节点随机休眠方法。其中，节点统一休眠方法的主要思想是节点在一定时间后，所有节点统一进行休眠，但是该统一休眠的方法的缺陷在于节点统一休眠后，会导致传感器网络连通性彻底中断，无法进行数据传输；节点随机休眠方法的主要思想是系统设定节点随机性进行休眠，但是该随机休眠的方法的缺陷在于剩余能量高的节点可能会进行休眠，而剩余能量低的节点仍然在工作状态，容易导致部分节点寿命提前终止。

为有效解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于无线传感器网络的传感节点的控制方法及装置，能够最大限度的降低传感器网络的能耗，延长传感器网络的生存时间，并保证传感器网络的数据传输。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种传感节点的控制方法的流程图，如图1所示，该传感节点的控制方法包括：

步骤11、对于监测区域内的每个传感节点，根据该监测区域的区域参数、该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值。

步骤12、根据该传感节点与目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子。

步骤13、根据控制阈值和距离因子的比较结果，控制该传感节点处于休眠状态或工作状态。

本实施例所提供的传感节点的控制方法，对于每个传感节点，基于该传感节点对应的当前监测性能参数、该传感节点所处监测区域的区域参数以及该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算得到该传感节点对应的当前控制阈值，并基于该传感节点与目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算得到该传感节点对应的距离因子，最后基于当前控制阈值和距离因子的比较结果，控制该传感节点当前处于休眠状态或工作状态，其中传感节点的当前控制阈值为其对应的实时的控制阈值，从而实现实时动态控制传感节点，每个传感节点均根据其对应的当前控制阈值和距离因子进行动态控制，从而在保证网络监测精度的前提下，能够最大限度的降低网络能耗以及延长5g传感器网络的生存时间，同时不影响网络中数据的正常传输。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种传感节点的控制方法的流程图，如图2所示，该传感节点的控制方法包括：

步骤21、针对监测区域中的每个传感节点，获取该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数。

在本实施例中，传感节点可以为无线传感器网络中的静止节点，其具有数据采集、数据处理及数据传输等能力。在本实施例的控制方法实施之前，首先需要对无线传感器网络进行初始化配置，在传感器网络的监测区域内随机部署大量的传感节点。在传感器网络的监测区域中，包括多个传感节点和目标基站，传感节点用于将采集的数据上传至所在监测区域的目标基站。

在初始化配置完成后，开始执行本实施例的控制方法。在步骤21中，该监测区域的当前环境参数包括该监测区域的当前相对湿度、该监测区域的当前温度、该监测区域的当前能见度。本实施例对于监测区域的环境参数的获取方式不作限制，例如可以是通过预先设置相应环境参数检测传感器的方式获取。

该传感节点的性能参数包括：该传感节点的灵敏度、该传感节点获取数据的稳定性参数、该传感节点的采样频率、该传感节点的初始能量、该传感节点的当前剩余能量。其中，该传感节点的初始能量为在初始化配置时预先配置，该传感节点的当前剩余能量可以利用预设的能量监测机制、装置或算法进行计算、检测，该传感节点的灵敏度、该传感节点获取数据的稳定性参数、该传感节点的采样频率均是该传感节点的出厂时预设的参数。

该传感节点的位置参数包括该传感节点与目标基站的距离，该距离可以在传感器网络的初始化配置完成后进行位置检测获得。

步骤22、根据该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数，计算出该传感节点对应的当前环境因子。

具体地，步骤22包括：基于预设公式：计算出该传感节点对应的环境因子。

其中，m表示该监测区域中当前的传感节点(不包含寿命终止的传感节点)的总数量，e(si)表示第i个传感节点si的当前剩余能量，e0表示传感节点的初始能量，he表示该监测区域的当前相对湿度，te表示该监测区域的当前温度，ψe表示该监测区域的当前能见度，dst(si)表示目标基站与第i个传感节点si的距离，ke表示该传感节点的灵敏度，pe表示该传感节点获取数据的稳定性参数，fe表示该传感节点的采样频率，μ、η∈(0，1，μ、η表示预设的调节因子，且

步骤23、根据该传感节点对应的当前环境因子和预设的标准因子，计算得到该传感节点对应的当前监测性能参数。

具体地，该传感节点对应的当前监测性能参数为该传感节点对应的当前环境因子和预设的标准因子之和，即cw＝ce+cm，其中cw表示当前监测性能参数，ce表示该传感节点对应的当前环境因子，cm表示预设的标准因子。其中，标准因子cm是由使得无线传感器网络能够进行正常数据检测和传输所需要的最低的工作节点的个数决定，工作节点即指处于工作状态的传感节点，标准因子cm的值可以根据实际情况、经验设置，不同传感器网络对应的标准因子cm不同。

步骤24、根据该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域的区域参数，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积。

其中，该监测区域的区域参数包括该监测区域的面积以及该监测区域内当前的传感节点的总数量，该监测区域的面积可以预先进行位置检测获得，该监测区域内当前的传感节点的总数量也可以在初始化配置完成后实时进行统计获得。具体地，步骤24包括步骤241～步骤242。

步骤241、计算该传感节点对应的当前监测性能参数与该监测区域的面积的乘积，得到乘积结果。

步骤242、计算该乘积结果与该监测区域内当前的传感节点的总数量的比值，得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积。

其中，该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积其中，sm表示该监测区域的面积，cw表示该传感节点对应的当前监测性能参数，sst表示该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积，m表示该监测区域内当前的传感节点的总数量。

步骤25、根据该传感节点对应的当前节点覆盖区域的面积，计算得到该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径。

在本实施例中，该传感节点对应的当前节点覆盖区域为该传感节点当前所能覆盖的数据采集区域，该传感节点对应的当前节点覆盖区域为圆形区域。在步骤25中，该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径为其中，rst表示该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径，π表示圆周率。

步骤26、根据该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值。

其中，该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数包括该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最大距离，以及该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最小距离。例如，监测区域内以供有10个传感节点，则最大距离是指10个传感节点分别与目标基站之间的距离中的最大距离，同理，最小距离是指10个传感节点分别与目标基站之间的距离中的最小距离。具体地，步骤26包括步骤261～步骤263。

步骤261、计算该传感节点对应的当前节点覆盖区域的区域半径与最小距离的差值，得到第一差值。

步骤262、计算最大距离与最小距离的差值，得到第二差值。

步骤263、计算第一差值和第二差值的比值，得到当前控制阈值。

具体地，其中，tw表示该传感节点对应的当前控制阈值，dtmin表示最小距离，dtmax表示最大距离。

步骤27、根据该传感节点与目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子。

如前所述，该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数包括该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最大距离，以及该监测区域中所有传感节点与目标基站之间的距离中的最小距离。具体地，步骤27包括步骤271～步骤273。

步骤271、计算该传感节点与目标基站的距离与最小距离的差值，得到第三差值。

步骤272、计算最大距离与最小距离的差值，得到第四差值。

步骤273、计算第三差值和第四差值的比值，得到距离因子。

具体地，其中，wst(si)表示该传感节点对应的距离因子，dst(si)表示该传感节点与目标基站的距离，dtmin表示最小距离，dtmax表示最大距离。

步骤28、根据该传感节点对应的当前控制阈值和对应的距离因子的比较结果，控制该传感节点当前处于休眠状态或工作状态。

具体地，若当前控制阈值大于或等于距离因子，则控制该传感节点当前处于工作状态；若当前控制阈值小于距离因子，则控制该传感节点当前处于休眠状态。

在本实施例中，若当前控制阈值小于距离因子，表明该传感节点距离目标基站较远，因此，该传感节点可以无需进行监测工作，故控制该传感节点当前处于休眠状态；若当前控制阈值大于或等于距离因子，表明该传感节点距离目标基站较近，因此，该传感节点需进行监测工作，故控制该传感节点当前处于工作状态。

本实施例所提供的传感节点的控制方法，通过实时检测传感节点的当前控制阈值和距离因子，控制传感节点进行间歇性休眠和工作，从而能够有效减少传感器网络的能耗，提高该传感器网络的生命周期，同时不会影响传感器网络的正常数据采集和数据传输。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种传感节点的控制装置的结构示意图，如图3所示，在本实施例中，该控制装置300包括：第一计算模块301、第二计算模块302和节点控制模块303。

第一计算模块301用于对于监测区域内的每个传感节点，根据该监测区域的区域参数、该传感节点对应的当前监测性能参数、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的当前控制阈值。

第二计算模块302用于根据该传感节点与目标基站的距离、该监测区域中的传感节点与目标基站间的距离阈值参数，计算出该传感节点对应的距离因子。

节点控制模块303用于根据当前控制阈值和距离因子的比较结果，控制该传感节点当前处于休眠状态或工作状态。

如图3所示，该控制装置300还包括：获取模块304和第三计算模块305。其中，获取模块304用于获取该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数。

第三计算模块305用于：根据该监测区域的当前环境参数、该传感节点的性能参数以及该传感节点的位置参数，计算出该传感节点对应的当前环境因子；根据该传感节点对应的当前环境因子和预设的标准因子，计算得到该传感节点对应的所述当前监测性能参数。

具体地，本实施例所提供的控制装置300的各个模块具体用于实现上述任一实施例所提供的控制方法，关于各个模块的具体作用可参见上述任一实施例的控制方法中相应的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。