一种能量获取传感器网络的休眠调度方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及传感器网络技术领域，具体设及一种能量获取传感器网络的休眠调度 方法和系统。
【背景技术】
[0002] 能量获取技术是近年来无线传感器网络领域的开发热点，可收集的能量有光能、 风能等。由于受到诸多因素的干扰，能量收集过程存在诸多不确定性W及不稳定性，很难与 节点需要使用能量的情况相匹配。同时获取的能量大小也有限，并不能完全保证节点能够 将获取的能量无限使用。因此在设计各种算法和应用时，人们仍然需要优化利用所获取能 量、掌握能量获取的规律、合理分配获取的能量，提高能量使用效率。
[0003] 作为有效的传感器网络节能措施，休眠调度技术可W使节点关闭部分通信模块、 降低节点的空闲侦听时间、在休眠状态和工作状态之间相互转换来提高能量的使用效率。 休眠调度方法设计首先可W从网络的覆盖考虑，确定节点是否需要休眠。其次，在不同的应 用中使用不同的休眠调度方法。最后，通过考虑节点的剩余能量、检测节点与汇聚节点的距 离、依据地理位置等进行休眠调度。
[0004] 现有的休眠调度方法主要针对没有能量获取的传感器网络，虽然该些方法能够有 效延长网络生命周期，但是没有考虑能量到达随机性和优化利用所获取能量的问题。少数 休眠调度方法设及能量获取传感器网络，但是没有关注节点所获取能量之间的关系。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种能量获取传感器网络中基于K-means聚类 的休眠调度方法W及实现该方法的休眠调度系统，能够更好地利用从外界获取的能量，特 另IJ适应能量获取传感器网络中节点能量有限的情形，特别适用于野外监测的传感器网络。
[0006] 下面阐述本发明的技术方案。
[0007] 一种能量获取传感器网络的休眠调度方法，所述方法包括：在网络监测区域，根据 每个节点所获取能量的历史数据，预测出第二天对应时刻的能量获取额度，构建能量值矩 阵X;能量获取额度的预测及能量值矩阵的构建可W依据现有方法及计算公式进行。
[000引根据预测的能量获取额度，在每个时间段内，将所有能量获取传感器节点分成K个K-means聚类。
[0009] 将K-means聚类节点按照能量获取值的额度大小从小到大进行排序，在设定的休 眠调度周期W及覆盖要求的前提下，优先唤醒聚类中屯、值最小的K-means聚类节点；若被 唤醒的K-means聚类节点不能完成此轮休眠调度的要求，则再唤醒仅大于前个聚类中屯、值 的下一K-means类聚类节点，依此方法唤醒，直到唤醒的节点能够满足覆盖要求为止，并让 聚类中屯、值越大的聚类的节点越有机会进行休眠。
[0010] 一种能量获取传感器网络的休眠调度系统，所述系统包括：在网络监测区域，根据 每个节点所获取能量的历史数据，预测出第二天对应时刻的能量获取额度并构建能量值矩 阵X的装置；根据预测的能量获取额度，在每个时间段内，将所有能量获取传感器节点分成K个K-means聚类的装置；将K-means聚类节点按照能量获取值的额度大小从大到小进行 排序，在设定的休眠调度周期W及覆盖要求的前提下，优先唤醒聚类中屯、值最小的K-means 聚类节点的装置。
【具体实施方式】
[0011] 1.能量获取传感器网络随机部署在一个区域内，总共抛洒n个能量获取传感器节 点。由于能量的到达不连续且随机，能量到达的时间也是间断的，因此每隔一个时间段记录 每个节点获取的能量大小EH，将24小时一共分为m个时间段。对于每个节点在每个时间段 的预测获取的能量EHm。，有如下公式；EH_"= (1-日化Hm。' +目EH'm。。EHm。表示当前m时刻 的能量获取预测值，EH'm。表示上个m时刻能量获取的测量值JHm。'表示上个m时刻的预 测值，0为权重，〇< 0《1。
[0012] 2.将一天24小时平均分为m段，可W得到矩阵X，如下：
[001 引
【主权项】
1. 一种能量获取传感器网络的休眠调度方法，所述方法包括： 在网络监测区域，根据每个节点所获取能量的历史数据，预测出第二天对应时刻的能 量获取额度，构建能量值矩阵X; 根据预测的能量获取额度，在每个时间段内，将所有能量获取传感器节点分成K个K-means聚类； 将K-means聚类节点按照能量获取值的额度大小从小到大进行排序，在设定的休眠调 度周期以及覆盖要求的前提下，优先唤醒聚类中心值最小的K-means聚类节点。
2. 根据权利要求1所述的方法，所述的能量获取额度预测方法如下式所示： EHffln= (l-0)EHffln/ +0EH/ 其中：EHmn表示第n个节点在当前m时间段内的能量获取预测值；EITmn表示上一个m时间段内能量获取的测量值；EHJ表示上一个m时间段内的能量获取预测值；m为将24小 时均分后的时间间隔的总数；n为传感器网络的节点总数；0为权重，0<0<1。
3. 根据权利要求2所述的方法，所述能量值矩阵X为：
其中：Xi^mXn的矩阵X中的元素，1彡i彡m，1彡j彡n，矩阵的每一行代表该时间 段内每个节点的能量获取预测值。
4. 一种能量获取传感器网络的休眠调度系统，所述系统包括： 在网络监测区域，根据每个节点所获取能量的历史数据，预测出第二天对应时刻的能 量获取额度并构建能量值矩阵X的装置； 根据预测的能量获取额度，在每个时间段内，将所有能量获取传感器节点分成K个K-means聚类的装置； 将K-means聚类节点按照能量获取值的额度大小从小到大进行排序，在设定的休眠调 度周期以及覆盖要求的前提下，优先唤醒聚类中心值最小的K-means聚类节点的装置。
【专利摘要】本发明公开了一种能量获取传感器网络的休眠调度方法和系统，所述方法包括：在网络监测区域，根据每个节点所获取能量的历史数据，预测出第二天对应时刻的能量获取额度，构建能量值矩阵X；根据预测的能量获取额度，在每个时间段内，将所有能量获取传感器节点分成K个K-means聚类；将K-means聚类节点按照能量获取值的额度大小从小到大进行排序，在设定的休眠调度周期以及覆盖要求的前提下，优先唤醒聚类中心值最小的K-means聚类节点。本发明能够更好地利用从外界获取的能量，特别适应能量获取传感器网络中节点能量有限的情形，特别适用于野外监测的传感器网络。
【IPC分类】H04W52-02, H04W84-18
【公开号】CN104812036
【申请号】CN201510249657
【发明人】陈宏滨, 曾倩, 赵峰
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月15日