1.一种能量获取型无线传感网络最大化监测频率方法,其步骤:
(1)构建能量获取型无线传感监测网络模型,假定能量获取型无线传感监测网络拓扑为G(V,E),该网络拓扑G(V,E)含有以下节点类型:虚拟源节点Sr,被监测目标节点zi,i=1,
2,3…,m,监测节点si,i=1,2,3…,n,接收节点Sink;首先用虚拟源节点连接所有被监测目标节点zi,i=1,2,3…,m,再根据监测节点si的监测及传输范围,建立被监测目标节点与监测节点,以及监测节点之间的连接关系,从而建立能量获取型无线传感监测网络拓扑G(V,E);以下所述被监测目标节点zi,zj,其标识符号z的下标i,j取值范围为1,2,3,...,m;以下所述监测节点si,sj,其标识符号s的下标i,j取值范围为1,2,3,...,n;对于同类型节点的下标i,j是表示不同的节点,即i≠j;
假定SE(si)表示监测节点si的获取能量值,EZj(si)表示监测节点si监测一次被监测目标节点zj所需的能量值,ERj(si)表示监测节点si接收一次被监测目标节点zj的监测信息所需的能量值,EF(si)表示监测节点si转发一次监测信息所需的能量值,w(Sr,zi)表示虚拟源节点(Sr)与被监测目标节点zi之间的链路权重,w(zi,si)表示被监测目标节点zi与监测节点si之间的链路权重,w(si,sj)表示监测节点si与监测节点sj之间的链路权重;FM(zi)表示监测被监测目标节点zi的频率值,并初始化监测每个被监测目标节点zi的频率为0,即FM(zi)=0,i=1,2,3…,m;
(2)建立监测节点间链路权重,w(Sr,zi)、w(zi,si)以及w(si,sj)的链路权重具体计算公式如下:w(Sr,zi)=w(zi,si)=EZj(si),w(si,sj)=min(SE(si),SE(sj)),即链路权重w(Sr,zi)和w(zi,si)的值等于监测一次目标所需的能量值EZj(si),链路权重w(si,sj)取监测节点si获取的能量SE(si)和监测节点sj获取的能量SE(sj)两者的最小值,其中监测节点si获取的能量SE(si),i=1,2,…,n均根据节点所在区域的历史太阳能数据,采用指数加权移动平均方法预测得到;
(3)监测网络拓扑分解,采用节点分裂操作进行拓扑分解,建立分解后的监测网络Gd(V’,E’);具体分解如下:对于监测网络一条链路(si,sj),监测节点si用两个节点s'i和s”i以及监测节点sj用两个节点s'j和s”j,链路(si,sj)分裂操作后的链路包括为(s'i,s”i),(s”i,s'i),(s'j,s”j),(s”j,s'j),(s'i,s”j),(s”j,s'i),(s'j,s”i),(s”i,s'j);相应的链路权重为w(s'i,s”i)=w(s”i, s'i)=SE(si);w(s'j,s”j)=w(s”j,s'j)=SE(sj);w(s'i,s”j)=w(s”j,s'i)=0,w(s'j,s”i)=w(s”i,s'j)=min(SE(si),SE(sj));
(4)计算虚拟源节点Sr到接收节点Sink的最大能量流路径,如果不存在最大能量流路径,则转到第7步,否则根据分解后的监测网络,计算虚拟源节点Sr到接收节点Sink的最大能量流路径,然后依次对各路径进行反向操作,路径上每个节点的能量值及链路权重值减去监测一次所需相应能量值,具体操作如下:对于最大能量流路径上的所有链路,假定pi,pj分别为链路两端节点,如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合以下节点类型要求,即(pi=zi)且(pj=s”j或pj=s'j),则节点的能量值及链路权重值更新如下:SE(pj)=SE(pj)-(EZi(pj)+EF(pj))
w(pi,pj)=w(pi,pj)-EZi(pj)
w(pj,pi)=w(pj,pi)+EZi(pj)
如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合类型要求为(pi=s”i或pi=s'i)且(pj=s”j或pj=s'j),则节点的能量值及链路权重值更新如下:SE(pj)=SE(pj)-(ERi(pj)+EF(pj))
w(pi,pj)=w(pi,pj)-(ERi(pj)+EF(pj))
w(pj,pi)=w(pj,pi)+(ERi(pj)+EF(pj))
如果链路(pi,pj)两节点pi和pj符合类型要求为pi=Sr且pj=zj,则节点的能量值及链路权重值更新如下:E(pj)=SE(pj)-(EZi(pj))
w(pi,pj)=w(pi,pj)-EZi(pj)
w(pj,pi)=w(pj,pi)+EZi(pj)
(5)更新监测频率FM(zi)=FM(zi)+1,i=1,2,3…,m;
(6)更新监测网络链路权重,对于在分解监测网络Gd(V’,E’)中的每一条链路(qi,qj),如果两节点pi和pj符合类型要求为((qi=Sr)且(qj=zj))或((qi=zi)且(qj=s”j或qj=s'j)),则链路权重值更新为w(qi,qj)=EZj(si),否则链路权重值更新为w(qi,qj)=min{SE(qi),SE(qj)},更新结束后,返回第4步;
(7)输出被监测目标节点的监测频率FM(zi),i=1,2,3…,m。