网络最节能节点调度算法设计

张利峰

摘要：针对节点能耗调度问题。为此提出一种自适应移动网络最节能节点的位置算法，来解决能量消耗和信息传送阻塞的问题。此算法的设计优势为：当移动一个网络最节能节点时，整个网络信息不会受到影响，只会出现一小部分网络信息更新的情况；通过对网络最节能节点调度方案和算法的设计和分析，取得了有效的成果。

关键词：无线传感技术；智能目标监测；网络最节能节点；网络信息更新

中图分类号：F272 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0117-02

无线传感网络系统是基于识别和编码频率信号技术为前提的一种网络信息传送技术，其中频率信号在变化的磁场或者由于电的影响引起的磁场之间相互作用来实现信息的传输和自动接收及识别[1]。无线传感系统主要由电子标记和收发器两部分组成，在实际应用中，系统收发器通常采用电池供电的方式，不断地发出射频磁场，以达到电子标记随时可受到能量的作用发出信息，这将导致系统收发器能量的大量消耗。无线传感器网络识别信息是通过其内部的许多微小的节点及其内部的无线传感器识别的一种无线传感网络系统。收发器节点虽然也是由电池供电，但具有高效的节能机制。

1 网络最节能节点调度算法设计的原因

针对无线传感器网络中能量受限的问题，通过引人能量不受限制的网络最节能节点进行数据研究，进而降低在信息识别和传输中的能量消耗，做到无线网络更久地发挥其传递信息资源的功能。在系统中，距离较近的网络最节能节点之间容易出现热点作用的现象。针对这一现象，TRf 42， TDf 53， QVf 67等算法在无线传感网络中引入了一个移动网络最节能节点来解决热点作用的现象。这些算法达到了改变网络系统中的信息传送方向、使得系统中信息资源平衡和延长网路系统使用年限。但是仍有一些缺点，这些算法都采取随机移动节点的方法，并在移动过程中有规律地发送实时位置信息，使得节点在网络技能节点的位置信息时消耗了大量的能量；在QA算法中，因为高能量节点的引入，使得其网络成本较高，只能使用于一些特定的场合；MRP算法缺乏考虑最优网格数的因素，使得在传递信息过程中浪费了许多能量[2]。WN网络系统是用于监测自然环境的一种技术，当所监测的区域内发生森林局部火灾、水质污染等时，都会使得区域内的网络系统信息量大幅度地增加，进而引起区域网络监测系统信息传递阻塞的问题发生。通过只利用网络节能节点设计方案及网络系统算法，并对其系统进行准确地计算，从而达到减少能量消耗和延长无线网络系统的使用年限。

2 网络最节能节点调度算法具体设计

2.1 网络最节能节点调度算法的网格设计

如果无线网络传感器节点均匀地分布在检测范围内。通过调度算法确定区域的最东部、最南部、东南部、西南部、最西部和最北部等网络节点的位置，以从左向右的方向确定横轴，以从下到上的方向为纵轴，并建立平面直角坐标系。由无线传感器网络模型可知，与无线传感器网络节点消耗的能量作比较，在计算机网络储存信息的过程中，能量的消耗非常小。所以，在此只考虑无线网络节能节点的传递信息的能量消耗。无线传感器节能的能量消耗主要由传送信息资源和接收网络信息数据产生的，发送信息资源数据消耗的能量，又包含发送信息数据消耗的能量以及改变功率所消耗的能量[3]。其中传递信息数据消耗的能量及改变功率所产生的耗能，可见公式（1）：

2.2 簇头的选取

网络信息系统被划分成网格后，要考虑节点的多余能量与节点位置的因素，在划分成的网格中选择一个簇头节点，其中最大的网络信息节点会被选为簇头节点。重心坐标的距离a计算的方法如公式（10）： （10）

通过对计算之后的簇头节点进行研究和比较分析，可以得到各个节点被选为簇头节点的几率与每个节点的多余能量成正比，即某个节点的多余能量较多，则被选为簇头节点的几率也就越大；其与到坐标中心的距离成反比，即到坐标中心的距离越大，则选为簇头节点的几率也就越大。如果a取较大值是，说明选出的簇头节点与多余能量有很大的关系，反之，则关联性较小。选出合适的簇头节点可以平衡整个无线网络节点所消耗的能量，在完成一轮操作之后要重新选取簇头节点，然后进行下一轮的信息传导。设信息数据传导的间隔时间用t表示。t的计算公式如（11），其中v是指节点在移动中的速度。

2.3 网络最节能节点的调度过程

通过对网络最节能节点的调度，可以完成对信息数据的传递，同时也可以实现对传递信息数据消耗能量的控制和在一定程度上的减少能耗。此节点运用了控制消耗能量的方法，同时利用动静结合的方式，而且对其进行设置功能，即为在静止状态下才能发送和接收信息资源。当网络最节能节点移动到某一位置时，可以依据其所在的区域算出簇内节点多余能量Eai，其方法如公式（12）：

2.4 继节点的移动位置对信息传递的影响

继节点移动时不会受能量的限制，具有与正常节点一样的传输信息资源的能力，而且在网络信息资源中自由地移动，从而确定自身的具体地理位置，并通过信息的传播，使得附近的其它节点获得它的位置信息[5]。如果继节点在移动过程中已经检测到较大网络信息区域的范围内的坐标，就可以通过计算公式得出此区域的最远距离。继节点以圆心移动的方式移动，而且其半径的长度也随着它的移动而增大，直至转移到此区域的边界区，它的转移路线为一系列的同心圆移动路线。此外，继节点经过的各个无线网络传感器节点时，有一段时间会发生静止，转变为执行信息数据节点进行转发信息资源。在无线网络传感器进行工作时，若发现继节点的存在并与一般节点重合，则把信息数据发送到继节点；若没有没有发现继节点的存在且不发生位置的重合，则把信息数据传递到距离簇头节点路径最短的邻近节点中。如果移动过程中，继节点移动位置与簇头节点的移动位置发生重合，则继节点会代替簇头节点把信息数据发送到移动中的网络最节能节点。

3 结语

针对目前网络节点调度的算法应用效果的分析和研究，并发现其在控制能耗等方面还存在一些问题，在此提出一种网络节点可以通过自己移动位置来有效地减少能量的消耗的一种算法。这种算法首先计算最佳网格数，而后选取适当的簇头，降低在信息数据传递过程中产生的能耗，并通过剩余能量计算方法，把计算结果较低的自动排除在簇头的选取范围之外。除此之外还对网络最节能节点及继节点的移动工程进行了分析和计算，实現了网络最节能节点调度算法的准确性和实用性。

参考文献

[1]赵小刚，胡启平，丁玲，等.基于模型预测控制的数据中心节能调度算法[J].软件学报，2017，28（2）：429-442.

[2]彭自然，王国军.一种移动终端最优节能实时任务调度算法[J].计算机工程，2017，43（5）：67-74.

[3]康永泽.船舶推进电机节能调度算法在嵌入式系统中的实现[J].舰船科学技术，2017，23（2）：82-84.

[4]柯余洋，杨训政，熊焰，等.基于递归神经网络和蚁群优化算法的发电环保调度[J].信息与控制，2017，46（4）：415-421.

[5]马浩，黄向彪.基于休眠轮询机制的无线传感网数据节能传输算法[J].计算机工程与设计，2017，38（5）：1178-1183.