CN111757443A - 节点休眠方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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赵文东
王源野
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
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Abstract

本公开提供一种节点休眠方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质，其中，所述节点休眠方法包括：计算节点当前的感知面积；判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。本公开实施例根据节点的实时感知面积分析网络中的冗余节点，并使冗余节点进入休眠状态，可以最大限度的降低数据采集的重复量，以延长网络生存时间。

Description

节点休眠方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种节点休眠方法、一种节点休眠系统、一种终端设备以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
在无线传感器网络中，传感器节点通常被部署在各种环境之下，用于采集数据。由于网络中节点随机分布，容易让节点在部分区域处于密集分布，这也是网络中可能存在大量的冗余节点的原因。冗余节点过多会消耗原本已经非常稀缺的能量资源，严重降低网络的生存时间。因此，如何识别节点是否网络中冗余节点，并在确认为冗余节点时及时进入休眠状态，以均衡网络中能量是目前亟待解决的问题。
发明内容
本公开提供了一种节点休眠方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质，以至少解决上述问题。
根据本公开实施例的一方面，提供一种节点休眠方法，包括：
计算节点当前的感知面积；
判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；
若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。
在一种实施方式中，所述计算节点当前的感知面积，包括：
计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点当前的感知半径计算节点当前的感知面积。
在一种实施方式中，基于所述节点当前的感知半径计算节点当前的感知面积，根据以下公式得到：
Figure BDA0002561132240000021
Figure BDA0002561132240000022
式中，Sa表示节点当前的感知面积，rε表示节点当前的感知半径，β表示节点能量的权重值，Es表示节点的剩余能量，Ec表示节点的初始能量，R表示节点初始感知半径。
在一种实施方式中，在判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖之后，以及使所述节点进入休眠状态之前，还包括：
若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值；
若大于预设阈值，再执行使所述节点进入休眠状态的步骤。
在一种实施方式中，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度，根据以下公式得到：
Figure BDA0002561132240000023
式中，JAC(Xn,Ym)表示节点n与节点m的数据传输相似度，Xn表示节点n的数据信息量，Ym表示节点m的数据信息量，其中，Xn＝(X1,X2,...,Xσ)，Ym＝(Y1,Y2,...,Yτ)，X1,X2,...,Xσ表示组成节点n的数据信息量的各个特征，Y1,Y2,...,Yτ表示组成节点m的数据信息量的各个特征。
根据本公开实施例的另一方面，提供一种节点休眠系统，包括：
第一计算模块，其设置为计算节点当前的感知面积；
第一判断模块，其设置为判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；
休眠模块，其设置为若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。
在一种实施方式中，所述计算模块具体设置为，计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积。
在一种实施方式中，所述系统还包括：
第二计算模块，其设置为在所述判断模块判断为所述节点当前的感知面积已为被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖时，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
第二判断模块，其设置为判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值；
所述休眠模块还设置为，在所述第二判断模块判断为大于预设阈值时，再使所述节点进入休眠状态。根据本公开实施例的又一方面，提供一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行所述的节点休眠方法。
根据本公开实施例的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行所述的节点休眠方法。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例提供的节点休眠方法，通过计算节点当前的感知面积；判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。本公开实施例通过分析网络中的冗余节点，并使冗余节点进入休眠状态，可以最大限度的降低数据采集的重复量，以延长网络生存时间。
本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。
图1为本公开实施例提供的一种节点休眠方法的流程示意图；
图2为本公开另一实施例提供的一种节点休眠方法的流程示意图；
图3为本公开实施例提供的一种节点休眠系统的结构示意图；
图4为本公开实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；并且，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本公开的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
为解决上述问题，本公开实施例首先对网络进行初始化，监测区域内随机部署大量的节点。然后计算节点的实时感知半径以及感知范围。判断节点的感知范围是否被完全覆盖。如果完全覆盖，该节点成为了冗余节点，然后计算节点传输数据的相似度，判断节点传输数据的相似度是否大于系统设定的阈值，如果是，则确定该节点为冗余节点，并使其进入休眠状态，达到指定的休眠时间后继续工作，如果不是，则确定该节点不是冗余节点，继续工作，可进行数据传输等。
请参照图1，图1为本公开实施例提供的一种节点休眠方法的流程示意图，所述方法包括步骤S101-S103。
在步骤S101中，计算节点当前的感知面积。
可以理解的是，节点的感知面积为节点自动感知外部环境变化和通信能力的范围。
具体地，本实施例中节点的感知面积根据节点的感知半径计算得到，步骤S101包括以下步骤：
计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积。
进一步地，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积，根据以下公式得到：
Figure BDA0002561132240000051
Figure BDA0002561132240000052
式中，Sa表示节点当前的感知面积，rε表示节点当前的感知半径，β表示节点能量的权重值，其值本领域技术人员可以根据具体应用选取，Es表示节点的剩余能量，Ec表示节点的初始能量，R表示节点初始感知半径。
在步骤S102中，判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，若果是，则，执行步骤S103进入休眠状态，否则，结束流程，节点可继续工作。
具体地，如果完全覆盖，说明节点n的感知范围包含于其所有相邻节点的感知范围并集，该节点成为了冗余节点，可以表示为：
Figure BDA0002561132240000053
其中Sn表示节点n的感知区域面积，Sa、Sb、Sz表示与节点n相邻的节点的感知区域面积。
可以理解的，当节点当前的感知面积没有被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则说明所述节点并非冗余节点，可以继续工作，并可以基于该节点进行数据传输。
在步骤S103中，使所述节点进入休眠状态。
在实际应用中，可以设置休眠时间段，当达到休眠时间后，节点可以恢复工作，并进行周期性监测节点的感知范围覆盖情况，使得节点休眠机制更加智能化。
而对于未进入休眠状态的节点，则可以基于这些节点进行数据数据和传输。目前常用的数据传输方法主要有：泛洪数据传输方法和非均匀分簇数据传输方法。泛洪数据传输方法的基本思想是节点将消息传递给所有相遇的节点，被相遇的节点再将消息传递给其所遇到的节点，消息能够以最快速度传递到目的节点。但是该方法的缺陷在于网络中冗余副本较多，消耗了大量的网络资源，从而让网络的生存时间降低。非均匀成簇数据传输方法的基本思想是离基站距离远的簇的规模设置较大，离基站距离近的簇的规模设置较小。利用这种方法将网络切分为大小不同的簇。但是该方法的缺陷在于离基站较近的簇头会消耗过多的能量，导致部分簇头提前死亡，网络的生存时间降低。
当前的数据传输方法要么是网络中冗余副本较多，要么是簇头提前死亡。为了最大限度的延长网络的生存时间，本公开实施例通过确认网络中冗余节点，并使冗余节点进入休眠状态，基于节点休眠状况传输数据，其通过衡量节点感知覆盖情况以及比较传输数据的相似性来对冗余节点进行间歇性休眠，可以最大限度的降低数据采集的重复量，以延长网络生存时间。
请参照图2，图2为本公开另一实施例提供的一种节点休眠方法的流程示意图，与上一实施例不同的是，本实施例在步骤S102之后，以及步骤S103之前，还包括设置有步骤S201和步骤S202。
本实施例通过在判断为节点当前感知面积完全覆盖后，继续计算节点与网络中其它节点的数据传输相似度，从而进一步确认该节点是否为冗余节点，以避免在特殊节点传输某类数据的情况下特殊节点感知范围被网络中其它节点完全覆盖，因其被确认为冗余节点而进入休眠，导致影响数据传输效率等问题。具体地，
在步骤S201中，若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
在步骤S202中，判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值，若大于预设阈值，再执行步骤S102，否则结束流程，节点可继续工作。
本实施例中，当节点与网络中其它节点的数据传输相似度大于预设阈值，说明二者之间数据传输特性类似，通常不存在某些数据必须通过该节点进行传输，即使将该节点确认为冗余节点使其进入休眠，也不会影响数据的传输效率。需要说明的是，本领域技术人员可以结合现有技术及实际应用设定预设阈值的大小，此处不再赘述。
进一步地，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度，根据以下公式得到：
Figure BDA0002561132240000071
式中，JAC(Xn,Ym)表示节点n与节点m的数据传输相似度，Xn表示节点n的数据信息量，Ym表示节点m的数据信息量，其中，Xn＝(X1,X2,...,Xσ)，Ym＝(Y1,Y2,...,Yτ)，X1,X2,...,Xσ表示组成节点n的数据信息量的各个特征，Y1,Y2,...,Yτ表示组成节点m的数据信息量的各个特征。
可以理解的是，网络中其它节点可以为节点的相邻节点，其中，数据信息量的各个特征，可以包括兴趣、爱好及所在社区等。
基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种节点休眠系统，如图3所示，所述节点休眠系统包括第一计算模块31、第一判断模块32以及休眠模块33，其中，
所述第一计算模块31，其设置为计算节点当前的感知面积；
所述第一判断模块32，其设置为判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；
所述休眠模块33，其设置为在第一判断模块判断为所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。
在一种实施方式中，所述计算模块31具体设置为，计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积。
其中，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积，根据以下公式得到：
Figure BDA0002561132240000072
Figure BDA0002561132240000073
式中，Sa表示节点当前的感知面积，rε表示节点当前的感知半径，β表示节点能量的权重值，Es表示节点的剩余能量，Ec表示节点的初始能量，R表示节点初始感知半径。
在一种实施方式中，所述系统还包括：
第二计算模块，其设置为在所述判断模块判断为所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖时，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
第二判断模块，其设置为判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值；
所述休眠模块33还设置为，在所述第二判断模块判断为大于预设阈值时，再使所述节点进入休眠状态。
其中，计算模块根据以下公式得到节点与网络中其它节点的数据传输相似度：
Figure BDA0002561132240000081
式中，JAC(Xn,Ym)表示节点n与节点m的数据传输相似度，Xn表示节点n的数据信息量，Ym表示节点m的数据信息量，其中，Xn＝(X1,X2,...,Xσ)，Ym＝(Y1,Y2,...,Yτ)，X1,X2,...,Xσ表示组成节点n的数据信息量的各个特征，Y1,Y2,...,Yτ表示组成节点m的数据信息量的各个特征。需要说明的是，本实施例中各个模块用于执行上述方法实施例中的各个步骤，其原理此处不再赘述。
基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种终端设备，如图4所示，所述终端设备包括存储器41和处理器42，所述存储器41中存储有计算机程序，当所述处理器42运行所述存储器41存储的计算机程序时，所述处理器42执行所述的节点休眠方法。
基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行所述的节点休眠方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
综上所述，本公开实施例提供的节点休眠方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质，通过计算节点当前的感知面积；判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。本公开实施例根据节点的感知面积分析节点是否为网络中的冗余节点，并使在确认为冗余节点时进入休眠状态，可以最大限度的降低数据采集的重复量，以延长网络生存时间；进一步的，通过在判断为节点当前感知面积完全覆盖后，继续计算节点与网络中其它节点的数据传输相似度，从而进一步确认该节点是否为冗余节点，以避免在特殊节点传输某类数据的情况下特殊节点感知范围被网络中其它节点完全覆盖，因其被确认为冗余节点而进入休眠，导致影响数据传输效率等问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种节点休眠方法，其特征在于，包括：
计算节点当前的感知面积；
判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；
若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。
2.根据权利要求1所述的节点休眠方法，其特征在于，所述计算节点当前的感知面积，包括：
计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点当前的感知半径计算节点当前的感知面积。
3.根据权利要求2所述的节点休眠方法，其特征在于，基于所述节点当前的感知半径计算节点当前的感知面积，根据以下公式得到：
Figure FDA0002561132230000011
Figure FDA0002561132230000012
式中，Sa表示节点当前的感知面积，rε表示节点当前的感知半径，β表示节点能量的权重值，Es表示节点的剩余能量，Ec表示节点的初始能量，R表示节点初始感知半径。
4.根据权利要求1所述的节点休眠方法，其特征在于，在判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖之后，以及使所述节点进入休眠状态之前，还包括：
若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值；
若大于预设阈值，再执行使所述节点进入休眠状态的步骤。
5.根据权利要求4所述的节点休眠方法，其特征在于，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度，根据以下公式得到：
Figure FDA0002561132230000021
式中，JAC(Xn,Ym)表示节点n与节点m的数据传输相似度，Xn表示节点n的数据信息量，Ym表示节点m的数据信息量，其中，Xn＝(X1,X2,...,Xσ)，Ym＝(Y1,Y2,...,Yτ)，X1,X2,...,Xσ表示组成节点n的数据信息量的各个特征，Y1,Y2,...,Yτ表示组成节点m的数据信息量的各个特征。
6.一种节点休眠系统，其特征在于，包括：
第一计算模块，其设置为计算节点当前的感知面积；
第一判断模块，其设置为判断所述节点当前的感知面积是否被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖；
休眠模块，其设置为若所述节点当前的感知面积已被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖，则使所述节点进入休眠状态。
7.根据权利要求6所述的节点休眠系统，其特征在于，所述计算模块具体设置为，计算所述节点当前的感知半径；以及，基于所述节点的当前感知半径计算节点当前的感知面积。
8.根据权利要求6所述的节点休眠系统，其特征在于，还包括：
第二计算模块，其设置为在所述判断模块判断为所述节点当前的感知面积已为被网络中其它节点当前的感知面积完全覆盖时，计算所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度；
第二判断模块，其设置为判断所述节点与网络中其它节点的数据传输相似度是否大于预设值阈值；
所述休眠模块还设置为，在所述第二判断模块判断为大于预设阈值时，再使所述节点进入休眠状态。
9.一种终端设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1至5中任一项所述的节点休眠方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行根据权利要求1至5中任一项所述的节点休眠方法。
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