網絡最節能節點調度算法設計

張利峰

摘要：針對節點能耗調度問題。為此提出一種自適應移動網絡最節能節點的位置算法，來解決能量消耗和信息傳送阻塞的問題。此算法的設計優勢為：當移動一個網絡最節能節點時，整個網絡信息不會受到影響，只會出現一小部分網絡信息更新的情況；通過對網絡最節能節點調度方案和算法的設計和分析，取得了有效的成果。

關鍵詞：無線傳感技術；智能目標監測；網絡最節能節點；網絡信息更新

中圖分類號：F272 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0117-02

無線傳感網絡系統是基于識別和編碼頻率信號技術為前提的一種網絡信息傳送技術，其中頻率信號在變化的磁場或者由于電的影響引起的磁場之間相互作用來實現信息的傳輸和自動接收及識別[1]。無線傳感系統主要由電子標記和收發器兩部分組成，在實際應用中，系統收發器通常采用電池供電的方式，不斷地發出射頻磁場，以達到電子標記隨時可受到能量的作用發出信息，這將導致系統收發器能量的大量消耗。無線傳感器網絡識別信息是通過其內部的許多微小的節點及其內部的無線傳感器識別的一種無線傳感網絡系統。收發器節點雖然也是由電池供電，但具有高效的節能機制。

1 網絡最節能節點調度算法設計的原因

針對無線傳感器網絡中能量受限的問題，通過引人能量不受限制的網絡最節能節點進行數據研究，進而降低在信息識別和傳輸中的能量消耗，做到無線網絡更久地發揮其傳遞信息資源的功能。在系統中，距離較近的網絡最節能節點之間容易出現熱點作用的現象。針對這一現象，TRf 42， TDf 53， QVf 67等算法在無線傳感網絡中引入了一個移動網絡最節能節點來解決熱點作用的現象。這些算法達到了改變網絡系統中的信息傳送方向、使得系統中信息資源平衡和延長網路系統使用年限。但是仍有一些缺點，這些算法都采取隨機移動節點的方法，并在移動過程中有規律地發送實時位置信息，使得節點在網絡技能節點的位置信息時消耗了大量的能量；在QA算法中，因為高能量節點的引入，使得其網絡成本較高，只能使用于一些特定的場合；MRP算法缺乏考慮最優網格數的因素，使得在傳遞信息過程中浪費了許多能量[2]。WN網絡系統是用于監測自然環境的一種技術，當所監測的區域內發生森林局部火災、水質污染等時，都會使得區域內的網絡系統信息量大幅度地增加，進而引起區域網絡監測系統信息傳遞阻塞的問題發生。通過只利用網絡節能節點設計方案及網絡系統算法，并對其系統進行準確地計算，從而達到減少能量消耗和延長無線網絡系統的使用年限。

2 網絡最節能節點調度算法具體設計

2.1 網絡最節能節點調度算法的網格設計

如果無線網絡傳感器節點均勻地分布在檢測范圍內。通過調度算法確定區域的最東部、最南部、東南部、西南部、最西部和最北部等網絡節點的位置，以從左向右的方向確定橫軸，以從下到上的方向為縱軸，并建立平面直角坐標系。由無線傳感器網絡模型可知，與無線傳感器網絡節點消耗的能量作比較，在計算機網絡儲存信息的過程中，能量的消耗非常小。所以，在此只考慮無線網絡節能節點的傳遞信息的能量消耗。無線傳感器節能的能量消耗主要由傳送信息資源和接收網絡信息數據產生的，發送信息資源數據消耗的能量，又包含發送信息數據消耗的能量以及改變功率所消耗的能量[3]。其中傳遞信息數據消耗的能量及改變功率所產生的耗能，可見公式（1）：

2.2 簇頭的選取

網絡信息系統被劃分成網格后，要考慮節點的多余能量與節點位置的因素，在劃分成的網格中選擇一個簇頭節點，其中最大的網絡信息節點會被選為簇頭節點。重心坐標的距離a計算的方法如公式（10）： （10）

通過對計算之后的簇頭節點進行研究和比較分析，可以得到各個節點被選為簇頭節點的幾率與每個節點的多余能量成正比，即某個節點的多余能量較多，則被選為簇頭節點的幾率也就越大；其與到坐標中心的距離成反比，即到坐標中心的距離越大，則選為簇頭節點的幾率也就越大。如果a取較大值是，說明選出的簇頭節點與多余能量有很大的關系，反之，則關聯性較小。選出合適的簇頭節點可以平衡整個無線網絡節點所消耗的能量，在完成一輪操作之后要重新選取簇頭節點，然后進行下一輪的信息傳導。設信息數據傳導的間隔時間用t表示。t的計算公式如（11），其中v是指節點在移動中的速度。

2.3 網絡最節能節點的調度過程

通過對網絡最節能節點的調度，可以完成對信息數據的傳遞，同時也可以實現對傳遞信息數據消耗能量的控制和在一定程度上的減少能耗。此節點運用了控制消耗能量的方法，同時利用動靜結合的方式，而且對其進行設置功能，即為在靜止狀態下才能發送和接收信息資源。當網絡最節能節點移動到某一位置時，可以依據其所在的區域算出簇內節點多余能量Eai，其方法如公式（12）：

2.4 繼節點的移動位置對信息傳遞的影響

繼節點移動時不會受能量的限制，具有與正常節點一樣的傳輸信息資源的能力，而且在網絡信息資源中自由地移動，從而確定自身的具體地理位置，并通過信息的傳播，使得附近的其它節點獲得它的位置信息[5]。如果繼節點在移動過程中已經檢測到較大網絡信息區域的范圍內的坐標，就可以通過計算公式得出此區域的最遠距離。繼節點以圓心移動的方式移動，而且其半徑的長度也隨著它的移動而增大，直至轉移到此區域的邊界區，它的轉移路線為一系列的同心圓移動路線。此外，繼節點經過的各個無線網絡傳感器節點時，有一段時間會發生靜止，轉變為執行信息數據節點進行轉發信息資源。在無線網絡傳感器進行工作時，若發現繼節點的存在并與一般節點重合，則把信息數據發送到繼節點；若沒有沒有發現繼節點的存在且不發生位置的重合，則把信息數據傳遞到距離簇頭節點路徑最短的鄰近節點中。如果移動過程中，繼節點移動位置與簇頭節點的移動位置發生重合，則繼節點會代替簇頭節點把信息數據發送到移動中的網絡最節能節點。

3 結語

針對目前網絡節點調度的算法應用效果的分析和研究，并發現其在控制能耗等方面還存在一些問題，在此提出一種網絡節點可以通過自己移動位置來有效地減少能量的消耗的一種算法。這種算法首先計算最佳網格數，而后選取適當的簇頭，降低在信息數據傳遞過程中產生的能耗，并通過剩余能量計算方法，把計算結果較低的自動排除在簇頭的選取范圍之外。除此之外還對網絡最節能節點及繼節點的移動工程進行了分析和計算，實現了網絡最節能節點調度算法的準確性和實用性。

參考文獻

[1]趙小剛，胡啟平，丁玲，等.基于模型預測控制的數據中心節能調度算法[J].軟件學報，2017，28（2）：429-442.

[2]彭自然，王國軍.一種移動終端最優節能實時任務調度算法[J].計算機工程，2017，43（5）：67-74.

[3]康永澤.船舶推進電機節能調度算法在嵌入式系統中的實現[J].艦船科學技術，2017，23（2）：82-84.

[4]柯余洋，楊訓政，熊焰，等.基于遞歸神經網絡和蟻群優化算法的發電環保調度[J].信息與控制，2017，46（4）：415-421.

[5]馬浩，黃向彪.基于休眠輪詢機制的無線傳感網數據節能傳輸算法[J].計算機工程與設計，2017，38（5）：1178-1183.