一种基于无线传感器网络分布式视频协同调度方法

摘要

本发明公开了一种基于无线传感器网络的分布式视频协同调度方法采取了多个视频节点协同合作，动态自适应调度，选出合适的视频传感器节点来进行当前视频传输。本在无入侵状态下，系统工作在静态调度状态，根据系统调度服务器分配的时间轮流进入半激活状态；在出现入侵状态后，首先根据动态群组调度，确定入侵区域，其他区域节点保持休眠状态，再依据CPNS算法使得冗余节点进入休眠状态，采集发送节点处于激活状态，区域其他节点进入半激活状态。本发明结合了集中式和分布式的调度方法，提供的方法较好的解决了各视频采集传输节点在能量消耗、能量均衡化、传输管理等方面所存在的问题，提高了无线传感器网络中视频传输的合理性和能量均衡。

主权项

一种基于无线传感器网络分布式视频协同调度方法，其特征在于：在无线传感器网络中设置中心调度服务器控制所有传感器节点，传感器节点包括视频传感器节点和震动传感器节点两类，将一个视频传感器节点和一个震动传感器节点组合成一个任务节点，通过视频传感器节点和震动传感器节点之间的协作，完成视频协同调度监控；所述无线传感器网络中节点设置三种状态，分别为：休眠状态、半激活状态、激活状态；其中休眠状态下视频传感器节点和震动传感器节点同时休眠；半激活状态下震动传感器节点单独工作；激活状态下视频传感器和震动传感器同时工作；当无线传感器网络没有监控到目标监控区域出现入侵目标时，无线传感器网络一直在静态调度方式下工作；当无线传感器网络监控到目标监控区域出现入侵目标时，无线传感器网络启动动态调度方式，选择视频节点进行监控；静态调度方式包括以下部分：中心调度服务器将整个无线传感器网络平均分为L个目标监控子区域，每个目标监控子区域都具有独立的目标入侵监控的感知能力，轮流扫描对应的L个目标监控子区域，完成对整个目标监控区域的扫描监控；中心调度服务器根据每个目标监控子区域节点的平均剩余能量计算各个目标监控子区域的工作时间t_i；所有目标监控子区域扫描监控结束后，更新各个目标监控子区域节点的平均剩余能量重新开始扫描监控；处于半激活状态的震动传感器检测到入侵目标后，中心调度服务器执行以下步骤：如果入侵目标是首次出现在无线传感器网络的目标监控区域，选择的振幅A最大的震动传感器节点作为中心任务节点，将距离中心任务节点最近的一跳范围内的相邻节点组成动态群组G_i，群组G_i内的无线传感器节点协作监控入侵目标，此时群组G_i内节点均设为半激活状态；在群组G_i内，当震动传感器的振幅A大于等于设定阈值时，从群组G_i内选取发送能量消耗最小的视频传感器节点设为激活状态，将采集的视频发送至中心调度服务器；发送能量消耗的计算公式为：$E_{Tx}(k,d)=E_{emit}\left(k\right)+E_{amp}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{kE}}_{emit}+{\mathrm{kϵ}}_{fs}{d}^2,& d<d_0\\ {\mathrm{kE}}_{emit}+{\mathrm{kϵ}}_{mp}{d}^4,& d<d_0\end{array}\right.,$其中E_Tx(k,d)表示距离d发射k比特数据所消耗的能量；E_emit(k)表示发射k比特数据发射模块消耗能量；E_emit表示发射1比特发射模块能量；E_amp(k)表示发射k比特数据功率放大消耗能量；ε_fs表示自由空间传输可接受的位差错率、ε_mp表示多通路衰减传输可接受的位差错率；d表示传播距离，d₀为距离临界值，d₀大小为当中心任务节点振幅A小于设定振幅阈值时，重新选择满足振幅阈值和发送能量消耗两个性能指标的节点作为中心任务节点，重新组成新动态群组；当入侵目标离开所在群组时，重新选择下一个中心任务节点组成新动态群组。