无线传感器网络节点的智能唤醒方法技术

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络节点的智能唤醒方法，包括将监视区域划分网格，获取传感器位置信息；确定网格的重要程度；计算传感器节点的有效监控范围；获取属于传感器有效监控范围内的网格；计算所有网格的监测效率：计算每个节点感知区域权重；计算每个节点的唤醒概率；依据唤醒概率对节点进行唤醒。本发明专利技术创新性引入“重要程度”和“有效范围”的概念，将单个传感器的感测范围的重要性量化，唤醒概率由量化值决定；以这种方式，工作节点的数目被减少，能在保证监视性能的同时节省了更多的能量；本发明专利技术还引入重要度自适应处理过程以调整因错误的先验信息和环境变化引起的偏差。本发明专利技术能量开销小，可以在低能量开销的情况下准确进行目标监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测控领域，具体涉及一种无线传感器网络节点的智能唤醒方法。
技术介绍
随着集成电路、数字信号处理、微机电系统(MEMS)和低范围的无线电电子设备的成熟，无线传感器网络(WSN)因其广泛的应用前景吸引了众多研究人员对其进行研究。无线传感器网络能够帮助人与物理世界进行远程互动，其应用包括战场监视、目标跟踪、环境监测等。通过应用无线传感器网络对目标进行监测，可以得到一些关键信息，以预测监测目标的运行状况。无线传感器网络最显著的特点是能量受限。传感器节点往往由电池提供能量，因而电池提供的能量储备是有限的。此外，由于具体使用情况和场合不同，一些节点上的电池往往还不能进行充电。因此，减少能源消耗，最大限度地提高系统的寿命是设计无线传感器网络时需要考虑的一个非常重要的问题。一般来说，传感器节点的能耗由三部分组成：微处理器模块，无线通信模块和感光芯片模块。当传感器节点处于工作状态的时候，传感器模块通常处于活动状态，无线通信模块在需要的时候也会处于活动状态。因此，可以通过对微处理器、无线通信模块和传感器模块进行适当控制从而达到节省能量的目的。在无线传感器网络中，相邻节点共享公共的感测任务，这意味着不是所有的传感器都需要在整个系统寿命周期中执行感知任务。也就是说，只要有足够的工作节点，整个系统的功能将不会受到某些休眠节点的影响。因此，如果可以很好的调度传感器的感知任务，可以利用冗余延长系统的寿命。但是，现有的方法主要集中在如何以能量消耗作为代价的情况下提供全部或部分感知覆盖。目前的方法把不同监测区域看成具有相同的重要性。然而，在大多数情况下这种方法并不适用，因为在实际中并不可能所有监测区域的重要程度均相同。而且，单个传感器节点并不可靠，其监控可能会失败或感测数据容易因为背景噪声而被扭曲，引起错误报警，因此根本不足以依靠单一传感器来维护的一个重要区域，因此，现有的方法已经不满足当今传感器网络的发展需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够以较低的能量开销进行较高效率的目标监测、而且监测精度高、监测效果好的无线传感器网络节点的智能唤醒方法。本专利技术提供的这种无线传感器网络节点的智能唤醒方法，包括如下步骤：S1.将监视区域划分为M×N的网格，并获取监视区域内的传感器位置信息；S2.根据步骤S1获得的传感器所在位置的重要程度，确定每个网格的重要程度：传感器所在位置越重要，传感器所在网格的重要程度越高；S3.计算每个传感器节点的有效监控范围；S4.获取所有网格中属于步骤S3得到的传感器有效监控范围内的网格；S5.采用如下算式计算步骤S4中所有网格在t时刻的监测效率：式中Fij(t-1)为网格在t-1时刻的监测效率；aij为网格的重要程度；S6.采用如下算式计算每个节点感知区域在t时刻的权重：式中gij为步骤S4中所有网格；U(pi)为步骤S4得到的网络；Fij(t)为网格在时刻t的监测效率；S7.利用如下算式计算每个节点的唤醒概率：式中N为监测区域中的节点数量；C为节点所在网格的感知因子，网格的重要程度越高，C值越大；M为监视区域内每个网格最大监测效率的总量；S8.根据步骤S7得到的每个节点的唤醒概率，节点根据该唤醒概率做随机决策，使得节点被唤醒。步骤S2所述的每个网格的重要程度，为采用如下算式确定每个网格的重要程度：式中aij为网格的重要程度；t为监测目标在网格中被感知到的最长持续时间。步骤S3所述的有效监控范围，为采用如下算式确定每个节点的有效监测范围：式中V(pi)为节点pi的监测范围；算式的物理意义为：当网络中的任意点x到节点pi的距离小于到节点pj的距离，则该点属于节点pi的监测范围。步骤S7所述的监视区域含有网格的总量，为采用如下算式计算监视区域内每个网格最大监测效率的总量：步骤S7所述的感知因子，为采用如下算式计算感知因子：式中n为节点的监测频率；N为监测区域中的节点数量。步骤S7所述的感知因子，为在无线传感器网络工作过程中采用自适应算法进行实时修正。本专利技术提出一种基于监测区域重要程度的传感器节点唤醒方法，创新性的引入“重要程度”和“有效范围”的概念，将单个传感器的感测范围的重要性量化，唤醒概率由量化值决定；重要程度高的监测区域中的节点将被分配一个较大的唤醒概率。以这种方式，减少了工作节点的数量，能在保证监测性能的同时节省了更多的能量。在本专利技术方法中，还引入重要度自适应处理过程以调整因错误的先验信息和环境变化引起的偏差。本专利技术所提出的方法能量开销小、精度高，可以在低能量开销的情况下准确的进行目标监测。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本专利技术的实施例中传感器节点和Voronoi图。图3为本专利技术的实施例中的监控区域重要程度示意图。具体实施方式如图1所示为本专利技术的方法流程图：本专利技术提供的这种无线传感器网络节点的智能唤醒方法，包括如下步骤：S1.将监测区域划分为M×N的网格，并获取监测区域内的传感器位置信息；S2.根据步骤S1获得的传感器所在位置的重要程度，确定每个网格的重要程度：传感器所在位置越重要，传感器所在网格的重要程度越高；每个网格的重要程度，可以采用如下算式确定每个网格的重要程度：式中aij为网格的重要程度；t为被监测目标在网格中被感知到的最长持续时间。S3.采用如下算式确定每个节点的有效监测范围：式中V(pi)为节点pi的监测范围；算式的物理意义为：当网络中的任意点x到节点pi的距离小于到节点pj的距离，则该点属于节点pi的检测范围；S4.获取所有网格中属于步骤S3得到的传感器有效监控范围内的网格；S5.采用如下算式计算步骤S4中所有网格在t时刻的监测效率：式中Fij(t-1)为网格在时刻t-1的监测效率；aij为网格的重要程度；S6.采用如下算式计算每个节点感知区域在t时刻的权重：式中gij为步骤S4中所有网格；U(pi)为步骤S4得到的网络；Fij(t)为网格在t时刻的监测效率；S7.利用如下算式计算每个节点的唤醒概率：式中N为监测区域中的节点数量；C为节点所在网格的感知因子，网格的重要程度越高，C值越大；M为监视区域内每个网格最大监测效率的总量，为采用如下算式计算监视区域内每个网格最大监测效率的总量：可以采用如下算式计算感知因子：式中n为节点的监测频率；N为监测区域中的节点数量；并且，在无线传感器网络工作过程中采用自适应算法进行实时修正。以下结合一个具体实施例对本专利技术进行进一步说明：假设乌龙潭蓝藻监测范围为100×100，被划分为一些离散的2.5×2.5的网格。有100个传感器节点随机的散落在该区域，传感器节点的位置信息可以通过硬件(比如GPS)或者位置发现算法得到。假设网络一直处于联通状态，一个传感器节点监控的理想区域是Voronoi图定义的多边形。如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络节点的智能唤醒方法，包括如下步骤：S1.将监视区域划分为M×N的网格，并获取监视区域内的传感器位置信息，M和N均为正整数；S2.根据步骤S1获得的传感器所在位置的重要程度，确定每个网格的重要程度：传感器所在位置越重要，传感器所在网格的重要程度越高；S3.计算每个传感器节点的有效监控范围；S4.获取所有网格中属于步骤S3得到的传感器有效监控范围内的网格；S5.采用如下算式计算步骤S4中得到的网格在t时刻的监测效率：式中Fij(t‑1)为网格在时刻t‑1的监测效率；aij为网格的重要程度；S6.采用如下算式计算每个节点感知区域在t时刻的权重：式中gij为步骤S4中所有网格；U(pi)为步骤S4得到的网络；Fij(t)为网格在t时刻的监测效率；S7.利用如下算式计算每个节点的唤醒概率：式中N为监测区域中的节点数量；C为节点所在网格的感知因子，网格的重要程度越高，C值越大；M为监视区域内每个网格最大监测效率的总量；S8.根据步骤S7得到的每个节点的唤醒概率，节点以该唤醒概率做随机决定，使得节点被唤醒。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络节点的智能唤醒方法，包括如下步骤：
S1.将监视区域划分为M×N的网格，并获取监视区域内的传感器位置信息，M和N均为正整数；
S2.根据步骤S1获得的传感器所在位置的重要程度，确定每个网格的重要程度：传感器所在位置越重要，传感器所在网格的重要程度越高；
S3.计算每个传感器节点的有效监控范围；
S4.获取所有网格中属于步骤S3得到的传感器有效监控范围内的网格；
S5.采用如下算式计算步骤S4中得到的网格在t时刻的监测效率：
式中Fij(t-1)为网格在时刻t-1的监测效率；aij为网格的重要程度；
S6.采用如下算式计算每个节点感知区域在t时刻的权重：
式中gij为步骤S4中所有网格；U(pi)为步骤S4得到的网络；Fij(t)为网格在t时刻的监测效率；
S7.利用如下算式计算每个节点的唤醒概率：
式中N为监测区域中的节点数量；C为节点所在网格的感知因子，网格的重要程度越高，C值越大；M为监视区域内每个网格最大监测效率的总量；
S8.根据步骤S7得到的每个节点的唤醒概率，节点以该唤醒概率做随机决定，使得节点被唤醒。
2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖克江，王睿，魏鹏飞，童一维，余鸣，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：北京;11