一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法技术

本发明专利技术提出本发明专利技术提出一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，该调度方法是一种基于软件定义网络技术的集中式调度方法。网络中的移动盲节点向其通信范围内的节点广播唤醒信息，被唤醒的锚节点向SDN控制器发送自身信息。控制器为唤醒的锚节点建立信息表，同时为它们设计定时器。当某个锚节点定时完毕时，发送请求信息至控制器，控制器计算当前时刻盲节点的连接度并与设立的阈值进行比较，如果小于阈值，该锚节点保持“工作”状态，否则“休眠”，控制器同时更新该锚节点的信息表。在每个时隙重复以上过程，直至定位结束。上述方法在无线传感器网络能量受限的情况下对定位锚节点进行调度，节约能量消耗，延长网络寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法
本专利技术涉及无线传感器网络中的定位
，尤其是一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)因为其具有广阔的应用前景而受到越来越多的研究关注，这些应用一般都是基于传感器节点的具体位置，比如环境监测、目标追踪、室内导航等。虽然目前主要依靠GPS(GlobalPositioningSystem)卫星信号进行定位，但是在某些特定场景下，可能无法接收到该信号或者信号很弱不能满足定位要求，因而研究无线传感器网络中的定位技术具有很重要的意义。考虑无线传感器网络能量受限的特点，在实际定位过程中需要降低参与定位的锚节点数目以减少能量消耗。目前已有很多算法研究无线传感器网络定位中的节点调度问题，但大多数是分布式的。在分布式算法中，网络中的盲节点或锚节点只与它们的临近节点交换数据信息，没有一个中心的控制器管理节点，也没有中心的数据处理单元计算节点的位置，因而相比于集中式算法在性能上有一定的劣势。本专利技术在软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)技术的基础上，借助其中心控制器，在不破坏无线传感器网络自组织特性的前提下，提出一种集中式的锚节点调度算法，选取满足用户要求数目的锚节点，节省能量消耗，延长网络寿命，具有可观的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在不破坏无线传感器网络自组织特性的前提下，选取满足用户要求数目的锚节点，以节省整个网络的能量消耗，延长网络寿命。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括：SDN控制器、锚节点和移动盲节点；该方法包括步骤：(1)网络初始化：所述无线传感器网络在启用前，初始化网络中的所有锚节点为休眠状态；当网络开始启用时，网络中的各移动盲节点广播唤醒信息，唤醒自身通信范围内的锚节点；被唤醒的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息，状态信息包括对应锚节点当前时隙在网络中的地址、初始能量、剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离；SDN控制器接收到锚节点的状态信息后，为已被唤醒的锚节点建立信息表，并将接收到的锚节点状态信息分别存储在对应信息表中；SDN控制器根据已经建立的信息表生成相应的定时器并下发给对应的锚节点(2)对于无线传感网络中的任意一个待定位的移动盲节点i，在对移动盲节点i进行定位的过程中，锚节点的调度方法包括步骤：(2-1)在每个新时隙开始时，移动盲节点i根据自身新位置重新广播唤醒信息给通信范围内的锚节点，收到唤醒信息的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息；当SDN控制器接收到锚节点j的状态信息时，执行以下步骤：从接收到的状态信息中提取锚节点j的地址，检索已经建立的信息表，若信息表中已存储锚节点j的地址，则控制器将锚节点j的信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为锚节点j最新状态信息中的对应信息；若锚节点j的地址未被存储在已经建立的信息表中，则控制器为锚节点j建立一个信息表并下发定时器给锚节点j；(2-2)当一个锚节点的定时器定时完毕，该锚节点发送请求信息至控制器，请求信息中应该携带锚节点当前时刻的状态信息；控制器计算该锚节点当前时刻与移动盲节点i的连接度，并将计算出的连接度与预先设立的阈值进行比较，如果小于阈值，则该锚节点继续保持工作状态；否则该锚节点进入休眠状态，同时，控制器将该锚节点信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为该锚节点发送的请求信息中的相应信息；(3)对所述无线传感器网络的所有移动盲节点分别执行步骤(2)，直至定位结束或者网络中的能量完全消耗。进一步的，所述锚节点的地址计算方式为：根据锚节点在网络中的位置信息，采用传感器OpenFlow协议中的级联属性值编址方法进行编码得到。进一步的，所述定时器的计算方法包括步骤：(3-1)定义一个CRLB值作为衡量一个锚节点对一个移动盲节点定位结果贡献情况的参量；CRLB值的计算表达式为：式中，是测量值在x状态下的联合概率密度函数，为x的估计值；对于一个固定的锚节点和移动盲节点(3-2)构建参数为wij，用于衡量锚节点j对盲节点i定位精度的贡献值；wij的计算表达式为：其中，Si表示包含所有锚节点和盲节点i的布局情况集合，Si\j表示将锚节点j从网络中去除后的布局情况集合，tr{}表示方阵的迹；(3-3)根据CRLB值和wij计算锚节点j的计时器计算表达式为：式中，α和β为两个相关系数，α+β＝1；ej为锚节点j的剩余能量，em为锚节点j在初始时刻的最大能量，τ是在范围[0.9，1]内的一个随机变量，用与在各锚节点具有相同剩余能量的情况下区分各锚节点，t0为限制调度时间。进一步的，所述计算一个锚节点当前时刻与一个移动盲节点之间的连接度的方法为：(4-1)设盲节点i在时刻n可能的移动范围为以它在时刻(n-1)的位置为圆心、Rm为半径的圆内，将移动范围区域记为定义S表示区域内任一点与盲节点i的距离，则S中的参量s的取值范围为0≤s≤Rm，计算概率密度函数为(4-2)定义表示时刻n区域内任一点与锚节点j相连的概率，的计算公式为：(4-3)定义用户设定选取锚节点的个数为表示在时刻n移动盲节点i与个锚节点相连的事件，计算在时刻n移动盲节点i与个锚节点相连的事件发生的概率为：为用户选取的与移动盲节点i连接的锚节点的个数(4-4)计算移动盲节点i在时刻n的连接度为：有益效果：与现有技术相比，本专利技术基于软件定义网络的架构，利用SDN中心控制器，通过对每个锚节点设立定时器，对其进行集中式调度。在盲节点的定位过程中，选取满足用户要求数目的锚节点，从而降低参与定位的节点数目，减少能量消耗，延长网络寿命。附图说明图1是基于软件定义网络架构的无线传感器网络定位场景图；图2是无线传感器网络定位中锚节点调度的流程图；图3是SDN控制器为锚节点建立的信息表的示意；。图4是计算盲节点在某一时刻连接度的示意图。具体实施方式本专利技术提供一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，该方法是一种基于软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)技术的集中式调度方法，SDN控制器计算盲节点的连接度并与设立的阈值进行比较，从而决定锚节点在每个时隙的状态。该方法包括如下过程：(1)在初始时刻，网络中的移动盲节点广播唤醒信息，所有在其通信范围内的锚节点被唤醒后向SDN控制器发送位置、初始能量、剩余能量以及与该盲节点之间的距离等信息。控制器接收到这些信息后，为该锚节点建立一个信息表，将其相关信息存储在该表中，同时计算它的定时器并下发给它；(2)在每个新的时隙开始时，盲节点广播信息至其新位置通信范围内的锚节点，接收到信息的锚节点发送自身信息至控制器，控制器将其地址与已有表中的信息进行比对，如果该地址已被存储，则控制器更新该表中的剩余能量以及与盲节点之间的距离信息，如果该地址未被存储，则控制器为该锚节点建立一个新的信息表并下发它的定时器；(3)当某个锚节点的定时器定时完毕时，它发送请求信息至控制器，控制器计算当前时刻盲节点的连接度并与设立的阈值进行比较，如果小于阈值，则该锚节点继本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括：SDN控制器、锚节点和移动盲节点；该方法包括步骤：(1)网络初始化：所述无线传感器网络在启用前，初始化网络中的所有锚节点为休眠状态；当网络开始启用时，网络中的各移动盲节点广播唤醒信息，唤醒自身通信范围内的锚节点；被唤醒的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息，状态信息包括对应锚节点当前时隙在网络中的地址、初始能量、剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离；SDN控制器接收到锚节点的状态信息后，为已被唤醒的锚节点建立信息表，并将接收到的锚节点状态信息分别存储在对应信息表中；SDN控制器根据已经建立的信息表生成相应的定时器并下发给对应的锚节点(2)对于无线传感网络中的任意一个待定位的移动盲节点i，在对移动盲节点i进行定位的过程中，锚节点的调度方法包括步骤：(2‑1)在每个新时隙开始时，移动盲节点i根据自身新位置重新广播唤醒信息给通信范围内的锚节点，收到唤醒信息的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息；当SDN控制器接收到锚节点j的状态信息时，执行以下步骤：从接收到的状态信息中提取锚节点j的地址，检索已经建立的信息表，若信息表中已存储锚节点j的地址，则控制器将锚节点j的信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为锚节点j最新状态信息中的对应信息；若锚节点j的地址未被存储在已经建立的信息表中，则控制器为锚节点j建立一个信息表并下发定时器给锚节点j；(2‑2)当一个锚节点的定时器定时完毕，该锚节点发送请求信息至控制器，请求信息中应该携带锚节点当前时刻的状态信息；控制器计算该锚节点当前时刻与移动盲节点i的连接度，并将计算出的连接度与预先设立的阈值进行比较，如果小于阈值，则该锚节点继续保持工作状态；否则该锚节点进入休眠状态，同时，控制器将该锚节点信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为该锚节点发送的请求信息中的相应信息；(3)对所述无线传感器网络的所有移动盲节点分别执行步骤(2)，直至定位结束或者网络中的能量完全消耗。...

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括：SDN控制器、锚节点和移动盲节点；该方法包括步骤：(1)网络初始化：所述无线传感器网络在启用前，初始化网络中的所有锚节点为休眠状态；当网络开始启用时，网络中的各移动盲节点广播唤醒信息，唤醒自身通信范围内的锚节点；被唤醒的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息，状态信息包括对应锚节点当前时隙在网络中的地址、初始能量、剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离；SDN控制器接收到锚节点的状态信息后，为已被唤醒的锚节点建立信息表，并将接收到的锚节点状态信息分别存储在对应信息表中；SDN控制器根据已经建立的信息表生成相应的定时器并下发给对应的锚节点(2)对于无线传感网络中的任意一个待定位的移动盲节点i，在对移动盲节点i进行定位的过程中，锚节点的调度方法包括步骤：(2-1)在每个新时隙开始时，移动盲节点i根据自身新位置重新广播唤醒信息给通信范围内的锚节点，收到唤醒信息的锚节点向SDN控制器发送自身的状态信息；当SDN控制器接收到锚节点j的状态信息时，执行以下步骤：从接收到的状态信息中提取锚节点j的地址，检索已经建立的信息表，若信息表中已存储锚节点j的地址，则控制器将锚节点j的信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为锚节点j最新状态信息中的对应信息；若锚节点j的地址未被存储在已经建立的信息表中，则控制器为锚节点j建立一个信息表并下发定时器给锚节点j；(2-2)当一个锚节点的定时器定时完毕，该锚节点发送请求信息至控制器，请求信息中应该携带锚节点当前时刻的状态信息；控制器计算该锚节点当前时刻与移动盲节点i的连接度，并将计算出的连接度与预先设立的阈值进行比较，如果小于阈值，则该锚节点继续保持工作状态；否则该锚节点进入休眠状态，同时，控制器将该锚节点信息表中的剩余能量以及与移动盲节点i之间的距离信息更新为该锚节点发送的请求信息中的相应信息；(3)对所述无线传感器网络的所有移动盲节点分别执行步骤(2)，直至定位结束或者网络中的能量完全消耗。2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，其特征在于，所述锚节点的地址计算方式为：根据锚节点在网络中的位置信息，采用传感器OpenFlow协议中的级联属性值编址方法进行编码得到。3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络定位中的锚节点调度方法，其特征在于，所述定时器的计算方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕锋，朱亚萍，沈连丰，章跃跃，夏玮玮，胡静，宋铁成，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32