基于熱點區域的井下節點節能方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種井下無線傳感器網絡的節能方法，特別是一種基于熱點區域的井 下節點節能方法。
【背景技術】
[0002] 目前，在煤礦井下的礦工尤其是某些區域的礦工并不是均勻分布于該區域的任何 位置，而是在一段時間內覆蓋區域存在著熱點區域和非熱點區域，熱點區域為當前礦工聚 集的區域，非熱點區域為礦工在當前時間分布很少甚至沒有人員的區域，對非熱點區域傳 感器節點也會持續監控，持續監控的傳感器節點仍然需要通電工作，不但浪費了電源，還縮 短了網絡的生存時間。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是要提供一種基于熱點區域的井下節點節能方法，解決現有非熱點 區域傳感器持續監控的傳感器節點仍然需要通電工作，不但浪費了電源，還縮短了網絡的 生存時間的問題。
[0004] 本發明的目的是這樣實現的：基于熱點區域的井下節點節能方法：通過對井下熱 點區域進行統計，確定在時段中的熱點區域，并對熱點區域之間的轉換進行統計，使用馬爾 可夫過程計算出各熱點區域之間的轉移概率，通過節能方法，實現熱點區域節點打開，非熱 點區域節點關閉的控制；
[0005] 熱點區域轉移采用馬爾可夫過程進行描述，通過統計井下一塊區域的熱點區域轉 移情況，得到轉移概率；
[0006] 馬爾可夫過程的井下節點節能方法為：
[0007] 步驟1、時間I；觀測當前熱點區域，得出下一節點31 (0);
[0008] 步驟2、時間7Td計算31 (1)通過對比選擇概率最大，最大的一個或者N個的熱點 區域，打開備選熱點區域的傳感器節點；
[0009] 步驟3、7Trt無線多媒體傳感器網絡發現熱點區域，其他備選區域傳感器節點保持 連通性要求下關閉多余節點；
[0010] 步驟4、重復步驟1。
[0011] 馬爾可夫鏈模型中存在狀態空間，在優化方法中，將熱點區域作為一個狀態，因此 熱點區域的集合即為一個狀態空間；假設在一定區域內存在三個熱點區域可以表示為S= {A，B，C}，狀態之間存在著轉移；
[0012] 狀態轉移矩陣為
[0013]
[0014] 當在Tk時A區域稱為熱點區域時，下一個時段Tk+1可能的區域為S= {A，B，C}中 的一個；預測下一個熱點區域的方式為計算各個轉移的概率；
[0015] 向量31 (〇) = [1，0,0]，下一熱點區域的概率為31⑴=[PmJa^Pac]通過對比 Pm，Pab，PA。的大小關系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區域；根據馬爾可夫 鏈預測算法，對井下無線多媒體傳感器網絡節點覆蓋進行優化。
[0016] 有益效果，由于采用了上述方案，非熱點區域為礦工在當前時間分布很少甚至沒 有人員的區域，熱點區域的多媒體傳感器節點需要重點監控，而非熱點區域的節點可以在 保持連通性的前提下部分關閉，對井下非熱點區域的監控將浪費節點的能量，通過對熱點 區域序列的發現，關閉非熱點區域的節點，節省無線傳感器節點能量，提高井下無線多媒體 網絡的生存時長，通過對井下熱點區域進行統計，確定在時段中的熱點區域，并對熱點區域 之間的轉換進行統計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區域之間的轉移概率，通過節能方 法，實現熱點區域節點打開，非熱點區域節點關閉的控制。
[0017] 優點：非熱點區域傳感器持續監控的傳感器節點不需要通電工作，節省了電源，縮 短了網絡生存時間。
【附圖說明】：
[0018] 圖1為本發明的熱點區域轉移圖。
[0019] 圖2為本發明的三個熱點區域之間存在轉移狀態圖。
【具體實施方式】
[0020] 實施例1 :基于熱點區域的井下節點節能方法：通過對井下熱點區域進行統計，確 定在時段中的熱點區域，并對熱點區域之間的轉換進行統計，使用馬爾可夫過程計算出各 熱點區域之間的轉移概率，通過節能方法，實現熱點區域節點打開，非熱點區域節點關閉的 控制；熱點區域轉移采用馬爾可夫過程進行描述，通過統計井下一塊區域的熱點區域轉移 情況，得到轉移概率；
[0021] 馬爾可夫過程的井下節點節能方法為：
[0022] 步驟1、時間I；觀測當前熱點區域，得出下一節點31 (0);
[0023] 步驟2、時間JTH十算Ji⑴通過對比選擇概率最大，對比選擇概率最大的一 1個 或者N個的熱點區域的熱點區域，打開備選熱點區域的傳感器節點；
[0024] 步驟3、rr^線多媒體傳感器網絡發現熱點區域，其他備選區域傳感器節點保持 連通性要求下關閉多余節點；
[0025] 步驟4、重復步驟1。
[0026] 馬爾可夫鏈模型中存在狀態空間，在優化方法中，將熱點區域作為一個狀態，因此 熱點區域的集合即為一個狀態空間；假設在一定區域內存在三個熱點區域可以表示為S= {A，B，C}，狀態之間存在著轉移的如圖2所示；
[0027] 狀態轉移矩陣為
[0028]
[0029] 當在Tk時A區域稱為熱點區域時，下一個時段Tk+1可能的區域為S= {A，B，C}中 的一個。預測下一個熱點區域的方式為計算各個轉移的概率。
[0030] 向量(0) = [1，0,0]，下一熱點區域的概率為⑴=[P^P^Pac]通過對比 Pm，Pab，Pa。的大小關系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區域。根據馬爾可夫 鏈預測算法，對井下無線多媒體傳感器網絡節點覆蓋進行優化。
[0031] 圖1中，為熱點區域轉移圖。圖中，1、為第1個熱點區域；2、為第2個熱點區域；3、 為第3個熱點區域；4、為同一時間處于同一地點的礦工。
[0032] 熱點區域轉換圖
[0033] 其中轉移概率可以使用矩陣P表示
[0034]
【主權項】
1. 一種基于熱點區域的井下節點節能方法，其特征是：基于熱點區域的井下節點節能 方法：通過對井下熱點區域進行統計，確定在時段中的熱點區域，并對熱點區域之間的轉換 進行統計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區域之間的轉移概率，通過節能方法，實現熱點 區域節點打開，非熱點區域節點關閉的控制； 熱點區域轉移采用馬爾可夫過程進行描述，通過統計井下一塊區域的熱點區域轉移情 況，得到轉移概率； 馬爾可夫過程的井下節點節能方法為： 步驟1、時間Ttl觀測當前熱點區域，得出下一節點31 (〇); 步驟2、時間TtTH十算π (1)通過對比選擇概率最大的一 1個或者N個的熱點區域，打 開備選熱點區域的傳感器節點； 步驟3、ITrt無線多媒體傳感器網絡發現熱點區域，其他備選區域傳感器節點保持連通 性要求下關閉多余節點； 步驟4、重復步驟1。2. 根據權利要求1所述的一種基于熱點區域的井下節點節能方法，其特征是：馬爾可 夫鏈模型中存在狀態空間，在優化方法中，將熱點區域作為一個狀態，因此熱點區域的集合 即為一個狀態空間；假設在一定區域內存在三個熱點區域可以表示為S = {A，B，C}，狀態之 間存在著轉移； 狀態轉移矩陣為當在Tk時A區域稱為熱點區域時，下一個時段T k+1可能的區域為S= {A，B，C}中的一 個；預測下一個熱點區域的方式為計算各個轉移的概率； 向量π (ο) = [1，〇,〇]，下一熱點區域的概率為π⑴=[pM，pAB，pAC]通過對比p AA，pAB， Pa。的大小關系，將概率最大的移動作為最有可能的下一個熱點區域；根據馬爾可夫鏈預測 算法，對井下無線多媒體傳感器網絡節點覆蓋進行優化。
【專利摘要】一種基于熱點區域的井下節點節能方法，屬于井下無線傳感器網絡的節能方法。基于熱點區域的井下節點節能方法：通過對井下熱點區域進行統計，確定在時段中的熱點區域，并對熱點區域之間的轉換進行統計，使用馬爾可夫過程計算出各熱點區域之間的轉移概率，通過節能方法，實現熱點區域節點打開，非熱點區域節點關閉的控制。非熱點區域為礦工在當前時間分布很少甚至沒有人員的區域，熱點區域的多媒體傳感器節點需要重點監控，而非熱點區域的節點可以在保持連通性的前提下部分關閉，對井下非熱點區域的監控將浪費節點的能量，通過對熱點區域序列的發現，關閉非熱點區域的節點，節省無線傳感器節點能量，提高井下無線多媒體網絡的生存時長。
【IPC分類】H04W16/22, H04W52/02
【公開號】CN104883698
【申請號】CN201510254316
【發明人】陳偉, 周軍娜, 唐志博, 李鳴, 王珂
【申請人】中國礦業大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月18日