專利名稱：一種能量分配的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種能量分配的方法和裝置。

背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和微處理器的發(fā)展，WSN(WirelessSensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))越來越多地受到學(xué)術(shù)界和工程技術(shù)人員的關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量廉價的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，傳感器節(jié)點(diǎn)依靠電池提供能量，當(dāng)電池的能量用完后傳感器節(jié)點(diǎn)將無法工作，所以降低傳感器節(jié)點(diǎn)能耗，可以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。目前，已有很多的技術(shù)，如低能耗路由協(xié)議和新型電路結(jié)構(gòu)等，可以實(shí)現(xiàn)降低傳感器節(jié)點(diǎn)能耗，以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。
然而，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命通常為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中第一個節(jié)點(diǎn)能量耗盡的時間，并且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集采用的是“多跳匯聚式”傳輸，即所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都將匯聚到基站，靠近基站的節(jié)點(diǎn)必將作為更多數(shù)據(jù)的中繼節(jié)點(diǎn)而承擔(dān)更多的任務(wù)(即各個節(jié)點(diǎn)的功率不相同)，它們的能量會最先被耗盡，所以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，不僅需要降低節(jié)點(diǎn)能耗，還需要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能量一定的情況下，根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率分配能量，平衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加網(wǎng)絡(luò)壽命，而目前還沒有根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率分配能量的方法。


發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率分配能量，增加網(wǎng)絡(luò)壽命。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的方法和裝置。所述技術(shù)方案如下 一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的方法，所述方法包括 獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，所述n大于1； 根據(jù)所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將所述n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，所述m小于等于所述n； 根據(jù)所述m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將總能量劃分為m個能量集合，所述m個能量集合與所述m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)； 將所述m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量分別分配給對應(yīng)的所述m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的裝置，所述裝置包括 獲取模塊，用于獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，所述n大于1； 節(jié)點(diǎn)劃分模塊，用于根據(jù)所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將所述n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，所述m小于等于所述n； 能量劃分模塊，用于根據(jù)所述m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將所述總能量劃分為m個能量集合，所述m個能量集合與所述m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)； 分配模塊，用于將所述m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量，分別分配給對應(yīng)的所述m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是 實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率為各個節(jié)點(diǎn)分配能量，平衡了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加了網(wǎng)絡(luò)壽命。



圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種能量分配的方法流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的一種能量分配的方法流程圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)得到的節(jié)點(diǎn)集合個數(shù)與歸一化網(wǎng)絡(luò)壽命之間的關(guān)系圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種能量分配的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的方法，使用該方法可以按照各個節(jié)點(diǎn)實(shí)際功率的大小，將各個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合(可稱為節(jié)點(diǎn)劃分)，并將總能量劃分為與m個節(jié)點(diǎn)集合對應(yīng)的m個能量集合(可稱為能量劃分)，然后將m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量分別分配給對應(yīng)的m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。并且需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中網(wǎng)絡(luò)壽命為網(wǎng)絡(luò)中第一個節(jié)點(diǎn)能量耗盡的時間。下面將結(jié)合實(shí)施例對該方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1 參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的方法，該方法包括 101獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，n大于1； 102根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，m小于等于n； 103根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能量劃分為m個能量集合，m個能量集合與m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)； 104將m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量分別分配給對應(yīng)的m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
進(jìn)一步地，根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，包括 對n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序； 根據(jù)排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型； 對最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解； 根據(jù)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，獲取m個節(jié)點(diǎn)集合。
其中，上述節(jié)點(diǎn)劃分原則為 其中，gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值，Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
進(jìn)一步地，所述對所述n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序具體為，按照功率從小到大的順序?qū)λ鰊個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序； 相應(yīng)地，根據(jù)排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型具體為 根據(jù)按照功率從小到大的順序排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型具體為 其中，xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk+1-xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，

表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的功率；并且，xk+1、xk為整數(shù)、1≤xk+1≤n、1≤xk≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
進(jìn)一步地，對最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解，包括 將最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型，轉(zhuǎn)換為退化模型； 計(jì)算退化模型的解，并將退化模型的解取整，作為最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解。
其中，能量劃分模型為 其中，i＝1，2，...，m、gi表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Ni表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、Ei表示第i個能量集合的能量、E表示總能量。
本實(shí)施例所述的方法，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率為各個節(jié)點(diǎn)分配能量，平衡了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加了網(wǎng)絡(luò)壽命；采用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命，可以比僅采用低功耗路由的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命提高幾倍。
實(shí)施例2 參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的方法，包括 201獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含的n個節(jié)點(diǎn)的功率。
具體為根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由，獲得數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的功耗模型；按照數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的功耗模型，計(jì)算出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含的n個節(jié)點(diǎn)的功率為P＝(p1、p2…pn)。通過節(jié)點(diǎn)的功率，可以看出在數(shù)據(jù)采集過程中，各個節(jié)點(diǎn)任務(wù)強(qiáng)弱的情況。
需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集采取何種路由不作限制，也就是說本發(fā)明實(shí)施例的方法適用于采用任何路由的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
202根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合(L1，L2，...，Li，...，Lm)，然后根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能量E劃分為m個能量集合(E1，E2，...，Ei，...，Em)，其中，m個節(jié)點(diǎn)集合與m個能量集合一一對應(yīng)。
其中，m小于等于n，m的取值可以根據(jù)實(shí)際可以提供的能量等級和具體的情況進(jìn)行靈活選擇，例如實(shí)際應(yīng)用中可以提供的電池為4個等級，分別為1號電池、2號電池、3號電池和4號電池，那么可以將節(jié)點(diǎn)分為4個節(jié)點(diǎn)集合，每個節(jié)點(diǎn)集合對應(yīng)一個電池等級，如節(jié)點(diǎn)集合L1中的每個節(jié)點(diǎn)均使用1號電池、節(jié)點(diǎn)集合L2中的每個節(jié)點(diǎn)均使用2號電池、節(jié)點(diǎn)集合L3中的每個節(jié)點(diǎn)均使用3號電池、節(jié)點(diǎn)集合L4中的每個節(jié)點(diǎn)均使用4號電池。
本發(fā)明實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)壽命為第一個節(jié)點(diǎn)能量耗盡的時間，所以對于第i個節(jié)點(diǎn)集合Li，其網(wǎng)路壽命具體如式(1)所示為 其中，i＝1，2，...，m、gi表示節(jié)點(diǎn)集合Li中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Ni表示節(jié)點(diǎn)集合Li中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、Ei為第i個能量集合Ei的能量。
所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命具體如式(2)所示為 其中，i＝1，2，...，m、Ti為節(jié)點(diǎn)集合Li的網(wǎng)絡(luò)壽命，其它參數(shù)的含義與式(1)相同，此處不再贅述。
需要說明的是，能量劃分和節(jié)點(diǎn)劃分存在關(guān)聯(lián)，如果無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)劃分已經(jīng)確定，則根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和如式(3)所示的能量劃分模型，確定的能量劃分可使得網(wǎng)絡(luò)壽命達(dá)到最大，即按照式(3)確定的能量劃分是最佳的能量劃分 其中，i＝1，2，...，m、E表示總能量、其它參數(shù)的含義與式(1)相同，此處不再贅述。
下面給予驗(yàn)證根據(jù)式(3)，可以得到式(4)如下 從式(4)可以看出，節(jié)點(diǎn)集合Li的壽命與i無關(guān)，即于具體的節(jié)點(diǎn)集合無關(guān)，所以每個節(jié)點(diǎn)集合的壽命都相同。
反之，根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)集合的壽命都相同，即根據(jù)式(4)的結(jié)論可以得到式(5)如下 從式(5)可以看出，式(5)與式(3)相同，根據(jù)式(3)，可以得到式(4)，根據(jù)式(4)，可以得到式(5)(即式(3))，所以式(3)與式(4)互為充要條件。
現(xiàn)假設(shè)有另一節(jié)點(diǎn)劃分L′，不按照式(3)對其進(jìn)行能量劃分，所以與其對應(yīng)的能量劃分不滿足式(4)，即不滿足各Ti′相等，則存在Ts′<Tt′≤Tk′(k≠s、t)，由此可得式(6)如下 若在

和

之間作一個微小的調(diào)整δ，仍然能滿足式(7) 從式(7)可以看出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命由

提高到了

說明不按照式(3)進(jìn)行能量劃分，得到的能量劃分不是最佳的。
綜上所述可知，在確定的節(jié)點(diǎn)劃分下可以唯一確定最優(yōu)的能量劃分，所以只需要確定一個最佳的節(jié)點(diǎn)劃分，使得網(wǎng)絡(luò)壽命達(dá)到最大，即使得式(2)的取值最大。由于最佳的節(jié)點(diǎn)劃分應(yīng)該滿足式(4)，所以根據(jù)式(4)可以將式(2)的最大值問題，簡化為式(8)的最小值問題，式(8)為 即具體劃分時，可以將式(8)作為節(jié)點(diǎn)劃分原則，對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分。
根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則式(8)，節(jié)點(diǎn)劃分的具體過程如下 202a對n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序。
對n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序，可以按照功率從小到大的順序或從大到小的順序進(jìn)行，本實(shí)施例中按照功率從小到大的順序?qū)λ鰊個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序得到排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率為Q＝(q1，q2，...，qn)。
202b根據(jù)排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則式(8)，建立n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型。
具體為根據(jù)按照功率從小到大的順序排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則式(8)，建立最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型如式(9)所示 其中，xk+1表示節(jié)點(diǎn)集合Lk中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk表示節(jié)點(diǎn)集合Lk中起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk+1-xk+1表示節(jié)點(diǎn)集合Lk包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，

表示節(jié)點(diǎn)集合Lk中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的功率；并且xk+1、xk為整數(shù)、1≤xk≤n、1≤xk+1≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
需要說明的是，當(dāng)根據(jù)按照功率從大到小的順序排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則式(8)，建立最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型如式(10)所示 其中，

表示節(jié)點(diǎn)集合Lk中起始節(jié)點(diǎn)的功率，其它參數(shù)的含義與式(9)相同，此處不再贅述。
202c對最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型式(9)進(jìn)行求解。
從式(9)可以看出，式(9)為一個離散函數(shù)的非線性整數(shù)規(guī)劃問題，所以對最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解，即為解離散函數(shù)的非線性整數(shù)規(guī)劃問題。而一般的工具和算法無法求得式(9)所示的離散函數(shù)的非線性整數(shù)規(guī)劃問題的解，為此，本發(fā)明實(shí)施例提出該問題的近似解，具體如下 1)將最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型，轉(zhuǎn)換為退化模型； 具體為對式(9)線性插值，使其連續(xù)化；再去掉對式(9)的解為整數(shù)限制，得到退化模型如式(11)所示 Q(x)為線性分段函數(shù)，具體為

表示x向下取整的結(jié)果。其中式(11)中，

表示xk+1向下取整；xk+1、xk不限制為整數(shù)、xk+1、xk可以為任意有理數(shù)、1≤xk+1≤n、1≤xk≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
其中，設(shè)式(9)的解為SA、式(11)的解為SB。
2)計(jì)算退化模型式(11)的解，并將退化模型式(11)的解取整，作為最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型式(9)的解。
需要說明的是，退化模型式(11)為一個連續(xù)函數(shù)的非線性整數(shù)規(guī)劃問題，所以可用Matlab等工具對其求解。將式(11)的解SB取整得到SC，將SC作為式(9)的解，即SA≈SC。
需要說明的是上述SA、SB和SC之間，存在如式(12)所示的關(guān)系 即SC與SA的相對誤差小于等于SC與SB的相對誤差。
驗(yàn)證如下設(shè)式(9)的解SA的值域?yàn)镽A，式(11)的解SB的值域?yàn)镽B，解SC的值域?yàn)镽C，由于式(11)的解沒有限制，而式(9)的解被限定在整數(shù)范圍之內(nèi)，所以RA顯然小于RB；而解SC不僅被限定在整數(shù)范圍之內(nèi)，而且還被限定解SB的附近，所以RC小于等于RA，從而得到從而有SC≤SA<SB，即可得證式(12)成立。
并且，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，用此方法得到的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，誤差一般不超過0.2％。
202d根據(jù)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，獲取m個節(jié)點(diǎn)集合。
需要說明的是，得到最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解xk+1，和xk，即各個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號和起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號后，根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號和起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，可知各個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)，從而獲取到各個節(jié)點(diǎn)集合(L1，L2，...，Li，...，Lm)。
其中，然后根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能量E劃分為m個能量集合(E1，E2，...，Ei，...，Em)具體如下 根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和能量劃分模型式(3)，可得到m個能量集合中的每個能量集合具體如式(13)所示 根據(jù)式(13)就可以將總能量劃分為m個能量集合，并且從式(13)可以看出，m個能量集合與m個節(jié)點(diǎn)集合是一一對應(yīng)的。
203將m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量，分別分配給對應(yīng)的m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
其中，每個能量集合中的每個能量具體是根據(jù)每個能量集合對應(yīng)的每個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，將每個能量集合平均分成與節(jié)點(diǎn)個數(shù)相同的份數(shù)，得到每份能量即為每個能量，然后將每個能量分別分配給每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。如m個能量集合中有一個能量集合包含的能量為5，該能量集合對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)集合包含5個節(jié)點(diǎn)，則將該能量集合中的能量平均分成5份，分別分配給對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)集合中的5個節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例對劃分的節(jié)點(diǎn)集合個數(shù)與網(wǎng)絡(luò)壽命之間的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中傳感器網(wǎng)絡(luò)采用低功耗路由，參見圖3，為節(jié)點(diǎn)集合個數(shù)與歸一化網(wǎng)絡(luò)壽命之間的關(guān)系圖，從圖3可以看出，對于不同的節(jié)點(diǎn)個數(shù)(本發(fā)明實(shí)施例實(shí)驗(yàn)中n＝100、n＝400和n＝900)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)功率進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分后分配相應(yīng)能量的網(wǎng)絡(luò)壽命顯著大于不進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分的網(wǎng)絡(luò)壽命，即采用本實(shí)施例方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命，可以比僅采用低功耗路由的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命提高幾倍，并且劃分的節(jié)點(diǎn)集合個數(shù)越多(m越大)，網(wǎng)絡(luò)壽命越長。
本實(shí)施例所述的方法，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率為各個節(jié)點(diǎn)分配能量，平衡了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加了網(wǎng)絡(luò)壽命；采用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命，可以比僅采用低功耗路由的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命提高幾倍。
實(shí)施例3 參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種能量分配的裝置，該裝置包括 獲取模塊401，用于獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，n大于1； 節(jié)點(diǎn)劃分模塊402，用于根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，m小于等于n； 能量劃分模塊403，用于根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將總能量劃分為m個能量集合，m個能量集合與m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)； 分配模塊404，用于將m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量分別分配給對應(yīng)的m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
進(jìn)一步地，節(jié)點(diǎn)劃分模塊402包括 排序單元，用于對n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序； 建立單元，用于根據(jù)排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型； 求解單元，用于對最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解； 獲取單元，用于根據(jù)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，獲取m個節(jié)點(diǎn)集合。
其中，節(jié)點(diǎn)劃分原則為 其中，gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值，Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
進(jìn)一步地，排序單元，具體用于按照功率從小到大的順序?qū)個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序； 相應(yīng)地， 建立單元，具體用于根據(jù)按照功率從小到大的順序排序后的n個節(jié)點(diǎn)的功率和節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型為 其中，xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk+1-xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，

表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的功率；并且，xk+1、xk為整數(shù)、1≤xk+1≤n、1≤xk≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
進(jìn)一步地，求解單元包括 轉(zhuǎn)換子單元，用于將最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型，轉(zhuǎn)換為退化模型； 獲取子單元，用于計(jì)算退化模型的解，并將退化模型的解取整作為最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解。
其中，上述能量劃分模型為 其中，i＝1，2，...，m、gi表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Ni表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、Ei表示第i個能量集合的能量、E表示總能量。
本實(shí)施例所述的裝置，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率為各個節(jié)點(diǎn)分配能量，平衡了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加了網(wǎng)絡(luò)壽命；采用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命，可以比僅采用低功耗路由的傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命提高幾倍。
以上實(shí)施例提供的技術(shù)方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，其軟件程序存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)例如計(jì)算機(jī)中的硬盤、光盤或軟盤。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種能量分配的方法，其特征在于，所述方法包括
獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，所述n大于1；
根據(jù)所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將所述n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，所述m小于等于所述n；
根據(jù)所述m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將總能量劃分為m個能量集合，所述m個能量集合與所述m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)；
將所述m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量，分別分配給對應(yīng)的所述m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量分配的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將所述n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，包括
對所述n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序；
根據(jù)排序后的所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型；
對所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解；
根據(jù)所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，獲取m個節(jié)點(diǎn)集合。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量分配的方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)劃分原則為
其中，gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值，Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量分配的方法，其特征在于，
所述對所述n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序具體為，按照功率從小到大的順序?qū)λ鰊個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序；
相應(yīng)地，所述根據(jù)排序后的所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型具體為根據(jù)按照功率從小到大的順序排序后的所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和所述節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型具體為
其中，xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk+1-xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，
表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的功率；并且，xk+1、xk為整數(shù)、1≤xk+1≤n、1≤xk≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量分配的方法，其特征在于，所述對所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解，包括
將所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型，轉(zhuǎn)換為退化模型；
計(jì)算所述退化模型的解，并將所述退化模型的解取整，作為所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解。
6、根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的能量分配的方法，其特征在于，所述能量劃分模型為
其中，i＝1，2，...，m、gi表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Ni表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、Ei表示第i個能量集合的能量、E表示總能量。
7、一種能量分配的裝置，其特征在于，所述裝置包括
獲取模塊，用于獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，所述n大于1；
節(jié)點(diǎn)劃分模塊，用于根據(jù)所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將所述n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，所述m小于等于所述n；
能量劃分模塊，用于根據(jù)所述m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將總能量劃分為m個能量集合，所述m個能量集合與所述m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)；
分配模塊，用于將所述m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量，分別分配給對應(yīng)的所述m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量分配的裝置，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)劃分模塊包括
排序單元，用于對所述n個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序；
建立單元，用于根據(jù)排序后的所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型；
求解單元，用于對所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型進(jìn)行求解；
獲取單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解，獲取m個節(jié)點(diǎn)集合。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量分配的裝置，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)劃分原則為
其中，gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值，Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量分配的裝置，其特征在于，
所述排序單元，具體用于按照功率從小到大的順序?qū)λ鰊個節(jié)點(diǎn)的功率進(jìn)行排序；
相應(yīng)地，
所述建立單元，具體用于根據(jù)按照功率從小到大的順序排序后的所述n個節(jié)點(diǎn)的功率和所述節(jié)點(diǎn)劃分原則，建立所述n個節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型具體為
其中，xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)序列號，xk+1-xk+1表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)，
表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的功率；并且，xk+1、xk為整數(shù)、1≤xk+1≤n、1≤xk≤n、x1＝1、xm+1＝n、xk+1>xk。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量分配的裝置，其特征在于，所述求解單元包括
轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型，轉(zhuǎn)換為退化模型；
獲取子單元，用于計(jì)算所述退化模型的解，并將所述退化模型的解取整，作為所述最優(yōu)節(jié)點(diǎn)劃分模型的解。
12、根據(jù)權(quán)利要求7-11任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的能量分配的裝置，其特征在于，所述能量劃分模型為
其中，i＝1，2，...，m、gi表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Ni表示第i個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、gk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)功率的最大值、Nk表示第k個節(jié)點(diǎn)集合中包含的節(jié)點(diǎn)個數(shù)、Ei表示第i個能量集合的能量、E表示總能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能量分配的方法和裝置，屬于無線通信領(lǐng)域。所述方法包括獲取n個節(jié)點(diǎn)的功率，n大于1；根據(jù)n個節(jié)點(diǎn)的功率和預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)劃分原則，將n個節(jié)點(diǎn)劃分為m個節(jié)點(diǎn)集合，m小于等于n；根據(jù)m個節(jié)點(diǎn)集合和預(yù)設(shè)的能量劃分模型，將總能量劃分為m個能量集合，m個能量集合與m個節(jié)點(diǎn)集合一一對應(yīng)；將m個能量集合中的每個能量集合中的每個能量分別分配給對應(yīng)的m個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)集合中的每個節(jié)點(diǎn)。所述裝置包括獲取模塊、節(jié)點(diǎn)劃分模塊、能量劃分模塊和分配模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)的功率為各個節(jié)點(diǎn)分配能量，平衡了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的使用時間，從而增加了網(wǎng)絡(luò)壽命。
文檔編號H04W52/02GK101500300SQ20091011971
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者龍衡宇, 劉勇攀, 楊華中 申請人:清華大學(xué)