面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法组成比例

本发明专利技术涉及面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法。本发明专利技术根据各传感器节点的物理位置将整个无线传感器网络进行分簇，基站从外界接收待完成的复杂任务，然后对复杂任务进行分解，基站将复杂任务分解完后对其进行分配，任务分配结束后，被分配到任务的节点开始执行任务，在复杂任务被成功完成后，基站更新网络中节点的参数。本发明专利技术克服了传感器网络通常规模较大，节点众多，交互需要耗费大量能量，影响网络的生存时间的缺陷。本发明专利技术单个簇内的传感器节点能够将任务成功分配，那么节点之间可以通过更短的通信距离进行协作，减少能量的消耗和时间的花费。

【技术实现步骤摘要】
面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法
本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法。
技术介绍
无线传感器网络是由具有感知、处理和无线通信能力的微型结点通过自组织方式形成的网络。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。由于单个传感器节点的能量和资源很有限，难以完成复杂任务，所以网络中多个节点通过协作共同完成任务是必不可少的。因此，任务分配成为传感器网络中一个重要而基本的问题。通过对任务的合理分配，不仅能够保证任务被高效完成，同时还能够有效延长网络生命周期，缩短任务完成时间，均衡网络能量分布。关于传感器网络中的任务分配问题，已有一些方法被提出。在ATaskAllocationAlgorithmBasedonScoreIncentiveMechanismforWirelessSensorNetworks一文中，作者提出了一种基于分数激励机制的任务分配算法(TASIM)。TASIM的分数奖励或惩罚机制实施在以分簇为基础的传感器网络中，簇头负责任务的分配和分数的计算。基于完成该任务的成绩指标，簇内成员可以互相协作完成复杂的任务。在TaskAllocationforWirelessSensorNetworkUsingModifiedBinaryParticleSwarmOptimization一文中，作者通使用改进的二进制粒子群优化(MBPSO)算法来进行任务分配，每个粒子通过MBPS0编码来表示一个完整的任务分配方案，并通过设计一个混合适应度函数来找到一个最佳的解决方案。现有的方法一般都假设任务的完成只需要一种资源，即计算资源，这个假设严重制约了这些方法的应用。在实际中，传感器网络需要同时感知不同类型的信息，如同时获取温度信息，湿度信息，压力信息等等，多样化的信息感知能力在现代传感器网络中是必不可少的。另一方面，现有的方法主要考虑在整个传感器网络搜索节点来完成任务，然而，传感器网络通常规模较大，节点众多，若承担任务的节点较为分散，则他们之间的交互需要耗费大量能量，这将严重影响整个网络的生存时间。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法。本专利技术的技术方案是：面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于如下步骤：(1)根据各传感器节点的物理位置将整个无线传感器网络进行分簇；(2)基站从外界接收待完成的复杂任务，然后对复杂任务进行分解；(3)基站将复杂任务分解完后对其进行分配，任务分配结束后，被分配到任务的节点开始执行任务；(4)在复杂任务被成功完成后，基站更新网络中节点的参数；所述步骤(1)中，在整个传感器网络中，给每个传感器节点一个成为簇头的概率p，p为[0.05，0.5]中的随机产生的数，r为[0，1]中随机产生的数，当p＞r时，若该节点不属于任何簇，则该节点成为簇头，在簇头以k跳向外传播，k为该节点的最大传播跳数，k跳以内所有的传感器节点都加入该簇，组成一个新的簇。在分簇过程中，会产生簇间区域重叠的情况，需要对任务分配的范围进行限定。作为非重叠区域中的传感器节点，其通信范围只限在其所属的簇内，即任务分配只可以在该节点所属的簇内进行，而作为重叠区域内的传感器节点，由于其同时属于多个簇，所以其可以和不同簇内的传感器节点进行通信，因此任务分配可以在该节点所属的多个重叠簇内进行。所述步骤(2)中，当基站接收到一个复杂任务时，基站根据该复杂任务所请求信息的类型对其进行分解，分解是基于该任务所要求的不同功能的传感器进行的，例如，一个任务需要r种不同功能的传感器，则将此任务分解为r个子任务，每个子任务对应一种类型的信息请求。所述步骤(3)中，任务分配的具体步骤如下：步骤(3-1)按照任务达到的先后顺序，基站取出所有子任务中的第一个，根据其所需功能的类型，在整个传感器网络中找出所有能够完成该子任务的传感器节点；步骤(3-2)由于不同的传感器节点具备不同的处理速度，并且完成任务所需要消耗的能量也不一样，同时考虑到网络中能量分布的均衡，我们在任务分配过程中，通过结合能量、节点使用次数以及时间消耗这些参数，组成一个综合的适应度评价函数(具体的适应度函数为：Fitness_value＝time+energy_consumption+(energy_initial-energy_residual)+time_record*10^(-3)；time为完成该子任务所需消耗的时间；nergy_consumption为传感器节点完成该子任务所需消耗的能量；energy_initial为传感器节点的在网络初始化时的剩余能量；energy_residual为传感器节点的剩余能量；time_record为传感器节点的使用次数；)，对选出来的具备完成该任务的所有节点做一个综合评价，基站将得到的适应度值由小到大排序，将排序结果中的第一个挑选出来，该结果对应的传感器节点即为完成第一个子任务的节点；步骤(3-3)基站定位步骤(3-2)挑选的节点所处的位置，判断其是否为簇间重叠区域的节点，如果是，找出该重叠节点所属的多个重叠簇内的所有节点，如果不是，找出该节点所属簇内的所有节点；步骤(3-4)在步骤(3-3)找出的所有节点中，找出具备完成下一个子任务的传感器节点，通过步骤(3-2)的方法选出最适合完成第二个子任务的传感器节点，并将第二个子任务分配给该节点；步骤(3-5)重复步骤(3-4)，如果所有子任务均被分配，那么该复杂任务被成功分配；若出现找不到合适的节点去完成相应的子任务，那么整个复杂任务需要重新被分配。从(3-2)所产生的序列中选出次最小值，然后将任务分配给该次最小值所对应的传感器节点去完成，然后重复执行，直到所有子任务均被成功分配，任务分配结束后，被分配到任务的传感器节点开始执行任务；所述步骤(4)中，基站需要实时掌握传感器网络中所有传感器节点的相关信息。具体而言，每次完成任务之后，参与任务执行的传感器节点将自己的剩余能量发送给基站，基站更新该传感器节点的剩余能量信息以及参与任务的次数信息。本专利技术的优点和效果在于：(1)现有的传感器网络中的任务分配方法主要考虑在整个传感器网络中寻找最优节点来完成任务，这对于节点间的交互与通信是很不利的。而在本专利技术中，对于一个复杂任务，优先考虑在单个簇内进行分配，因为相比于通过分散在整个网络中的传感器节点协作完成任务，如果在单个簇内的传感器节点能够将任务成功分配，那么节点之间可以通过更短的通信距离进行协作，从而减少能量的消耗和时间的花费。若存在无法分配情况的话，再利用重叠簇的传感器节点在其所属的多个簇内寻找合适的传感器节点协作完成该复杂任务。这样，可以提高复杂任务被成功分配的概率。(2)本专利技术提出的任务分配方法能够处理需要多种资源的任务，即任务的完成需要感知、收集、发送不同类型的信息，这更符合实际情形，使得该方法具有广阔的应用前景。(3)在任务分配过程中，我们不仅对完成任务所消耗的能量和时间进行考虑，还会在每次任务完成后对参与任务的传感器节点的剩余能量、使用次数等信息进行更新。这样，在保证后续任务被有效地分配的同时，还能避免了一些能力较强本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于，所述方法包括步骤：(1)根据各传感器节点的物理位置将整个无线传感器网络进行分簇；(2)基站从外界接收待完成的复杂任务，然后对复杂任务进行分解；(3)基站将复杂任务分解完后对其进行分配，任务分配结束后，被分配到任务的节点开始执行任务；(4)在复杂任务被成功执行后，基站更新网络中节点的参数。

【技术特征摘要】
1.面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于，所述方法包括步骤：(1)根据各传感器节点的物理位置将整个无线传感器网络进行分簇；(2)基站从外界接收待完成的复杂任务，然后对复杂任务进行分解；(3)基站将复杂任务分解完后对其进行分配，任务分配结束后，被分配到任务的节点开始执行任务；(4)在复杂任务被成功执行后，基站更新网络中节点的参数。2.根据权利要求1所述的面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于所述步骤(1)中，在整个传感器网络中，给每个传感器节点一个成为簇头的概率p，p为[0.05，0.5]中的随机产生的数，s为[0，1]中随机产生的数，当p＞s时，若该节点不属于任何簇，则该节点成为簇头，簇头以k跳向外传播，k为簇的大小，k跳以内所有的传感器节点都加入该簇，组成一个新的簇；在分簇过程中，会产生簇间区域重叠的情况，需要对任务分配的范围进行限定；作为非重叠区域中的传感器节点，其通信范围只限在其所属的簇内，即任务分配只可以在该节点所属的簇内进行，而作为重叠区域内的传感器节点，由于其同时属于多个簇，所以其可以和不同簇内的传感器节点进行通信，因此任务分配可以在该节点所属的多个重叠簇内进行。3.根据权利要求1所述的面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于所述步骤(2)中，当基站接收到一个复杂任务时，基站根据该复杂任务所请求信息的类型对其进行分解，分解是基于该任务所要求的不同功能的传感器进行的，例如，一个任务需要r种不同功能的传感器，则将此任务分解为r个子任务，每个子任务对应一种类型的信息请求，同时将子任务按照分解的次序进行排序。4.根据权利要求1所述的面向重叠分簇的无线传感器网络的复杂任务分配方法，其特征在于所述步骤(3)中，任务分配的具体步骤如下：(3-1)基站取出所分解子任务中的第一个，根据其所需功能的类型，在整个传感器网络中找出所有能够完成该子任务的传感器节点；(3-2)由于不同的传感器节点具备不同的处理速度，并且完成任务所需要消耗的能量也不一样，同时考虑到网络中能量分布的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹翔，戴维超，常丽萍，李斌，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32