一种剩余能量排序负载调度方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种利用无线传感器网络的负载分配协议(REOS)来提高网络性能的 方法及系统，特别是设及一种无线传感器网络的剩余能量排序负载调度方法及系统。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络(Wireless Sensor化twork，WSN)是指部署在监测区域内的大量 微型传感器节点所构成的自组织网络。WSN已被广泛应用于环境监测及远程医疗等领域。 WSN中的微型传感器节点通常具有信息采集、数据处理和无线通信等功能，但由于受到体积 及监测环境等影响，节点仅可携带有限的能量。为延长网络的生存周期，均衡WSN各节点的 剩余能量已成为研究热点之一。
[0003] 众所周知，无线传感器网络中的用于用户数据传送信道维护的能量在整个节点能 量耗费中占了绝大的比重。通过采用请求式唤醒工作方式的协议STEM和PAMAS，通过额外申 请，为控制信令的传送订制了专口的信道，从而实现了控制信令和用户数据的传送分离。运 样，控制信令就可W通过专口的控制信道进行传送，而无需唤醒处于睡眠状态的数据信道， 从而达到节省能量的目的。然而，增加其他的信道就意味着硬件成本的增加，运就有可能导 致其超出无线传感器网络的成本控制，而变的不适合于无线传感器网络运用。
[0004] 基于可分负载WSN的研究基本W最短时间负载调度算法为主，Moges M和化Oi k等 提出了星型WSN中不同工作模型下的最短时间可分负载调度算法。代亮和许宏科等提出了 基于异构群WSN模型的最短时间可分负载调度算法。而国相国等也对最短时间可分负载调 度进行了研究。但由于最短时间调度并没有考虑网络能量的均衡，因此上述调度算法不能 有效延长网络生存周期。考虑到保证一轮任务后各节点的剩余能量均衡有利于同步节点的 失效时间、保证较稳定的网络拓扑、延长网络的生存周期，本发明针对星型可分负载WSN，拟 W经典最短时间可分负载调度为基础，设计不同的调度方法对节点剩余能量均衡进行优 化。
【发明内容】
[0005] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种剩余能量排序负载 调度方法及系统，其针对星型可分负载WSN的剩余能量模型进行优化，W经典最短时间可分 负载调度为基础，W各节点的剩余能量均方差最小为目标进行优化，从而在没有明显增加 资源负荷的基础上极大的提高了能量效率，延长整个网络的生命周期。
[0006] 为达上述及其它目的，本发明提出一种剩余能量排序负载调度方法，该方法按照 剩余能量的多少分配负载的原则将典型可分负载调度策略按节点的剩余能量大小分配。
[0007] 进一步地，该方法包括如下步骤：
[000引步骤一，根据典型可分负载调度算法求得(日1，日2,…，an)，其中日1表示任务；
[0009]步骤二，W各节点剩余能量为关键字将节点按序排列构建新序列(&，齡，…，齡）， 其中01、防、…心对应网络中的节点；
[0010]步骤立，将任务(日1，日2,…，an)依次分配到步骤二中排好序的节点。
[0011] 进一步地，步骤一中，任务Oi为依次减小的。
[0012] 进一步地，于步骤二中，W各节点剩余能量为关键字将节点按降序排列构建该新 序列(01，02,…，Pn)，其中01、02、…、Pn依次对应节点中剩余能量最多的节点、剩余能量第二 多的节点、…、剩余能量最少的节点。
[001 3]进一步地，该方法应用于无线传感器网络。
[0014] 为达到上述目的，本发明还提供一种剩余能量排序负载调度系统，该系统按照剩 余能量的多少分配负载的原则将典型可分负载调度策略按节点的剩余能量大小分配。
[0015] 进一步地，该系统包括：
[0016] 任务计算模块，根据该典型可分负载调度算法求得(〇1，〇2,…，an),其中Qi表示任 务；
[0017] 排序模块，W各节点剩余能量为关键字将节点按序排列构建新序列（扣，02，…， 私），其中&、&、…心依次对应网络中的节点；
[001引任务分配模块，将任务(日1，日2,…，an)依次分配到该排序模块排好序的节点。
[0019] 进一步地，任务Qi为依次减小的。
[0020] 进一步地，该排序模块W各节点剩余能量为关键字将节点按降序排列构建该新序 列(01，02,…，Pn)，其中01、02、…、Pn依次对应节点中剩余能量最多的节点、剩余能量第二多 的节点、…、剩余能量最少的节点。
[0021] 进一步地，该系统应用于无线传感器网络。
[0022] 与现有技术相比，本发明一种剩余能量排序负载调度方法及系统针对星型可分负 载WSN的剩余能量模型进行优化，W经典最短时间可分负载调度为基础，W各节点的剩余能 量均方差最小为目标进行优化，从而在没有明显增加资源负荷的基础上极大的提高了能量 效率，延长了整个网络的生命周期。
【附图说明】
[0023] 图1为典型可分负载调度时序图；
[0024] 图2为本发明一种剩余能量排序负载调度方法的步骤流程图；
[0025] 图3为本发明一种剩余能量排序负载调度系统的系统架构图。
【具体实施方式】
[0026] W下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所掲示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加 W施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0027] 在说明本发明之前，先介绍典型可分负载调度算法：
[0028] 典型可分负载调度(Divis化Ie Load Schedule,化S)研究的是最短时间可分负载 调度。如果每个节点负载分配恰当，使得WSN的工作时序如图1所示，整个网络完成负载的时 间会最短，Tl即为最短时间。因为假如不按图1调度，则在数据传输时会出现时间间隔，运时 可W通过适当调整各节点的负载处理量来消除时间间隔，从而减少负载完成总时间。图1中 to时刻前，Sink节点向各节点发送调度命令，即图I的传指(传输指令)时间to时刻，各节点 同时开始感知数据。由于各节点与Sink之间仅存在一个信道，因此各节点按完成感知任务 的先后顺序依次返回传输数据到Sink节点。
[0029] 从图1可得：
[0030] alyTse = a2yTse+a 化 Ttx
[0031] a2yTse = a3yTse+a3zTtx
[0032] ???
[0033] 口n-lyTse = 口n yTse+口n zTtx
[0034] 根据归一化方法，有： 巧
[003引 = I /-1
[0036]解上式得典型可分负载调度策略为：
[0039] 其中，i = 2,3,…，n; 可W看出，典型可分负载调度策略具有等比级 数特点。
[0040] 节点剩余能量的数学模型：
[0041] 按典型可分负载调度算法来分配负载，不同的分配方式，W先完成感知先回传数 据的顺序得到的处理时间是一样的，均为最短时间。但不同的分配方式，一轮负载处理后各 节点的剩余能量并不相同，因此，剩余能量的均方差也不相同。一般来说，剩余能量均方差 越小网络的生存周期越