基于热点区域的井下节点节能方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种井下无线传感器网络的节能方法，特别是一种基于热点区域的井 下节点节能方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在煤矿井下的矿工尤其是某些区域的矿工并不是均匀分布于该区域的任何 位置，而是在一段时间内覆盖区域存在着热点区域和非热点区域，热点区域为当前矿工聚 集的区域，非热点区域为矿工在当前时间分布很少甚至没有人员的区域，对非热点区域传 感器节点也会持续监控，持续监控的传感器节点仍然需要通电工作，不但浪费了电源，还缩 短了网络的生存时间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是要提供一种基于热点区域的井下节点节能方法，解决现有非热点 区域传感器持续监控的传感器节点仍然需要通电工作，不但浪费了电源，还缩短了网络的 生存时间的问题。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：基于热点区域的井下节点节能方法：通过对井下热 点区域进行统计，确定在时段中的热点区域，并对热点区域之间的转换进行统计，使用马尔 可夫过程计算出各热点区域之间的转移概率，通过节能方法，实现热点区域节点打开，非热 点区域节点关闭的控制；
[0005] 热点区域转移采用马尔可夫过程进行描述，通过统计井下一块区域的热点区域转 移情况，得到转移概率；
[0006] 马尔可夫过程的井下节点节能方法为：
[0007] 步骤1、时间I；观测当前热点区域，得出下一节点31 (0);
[0008] 步骤2、时间7Td计算31 (1)通过对比选择概率最大，最大的一个或者N个的热点 区域，打开备选热点区域的传感器节点；
[0009] 步骤3、7Trt无线多媒体传感器网络发现热点区域，其他备选区域传感器节点保持 连通性要求下关闭多余节点；
[0010] 步骤4、重复步骤1。
[0011] 马尔可夫链模型中存在状态空间，在优化方法中，将热点区域作为一个状态，因此 热点区域的集合即为一个状态空间；假设在一定区域内存在三个热点区域可以表示为S= {A，B，C}，状态之间存在着转移；
[0012] 状态转移矩阵为
[0013]
[0014] 当在Tk时A区域称为热点区域时，下一个时段Tk+1可能的区域为S= {A，B，C}中 的一个；预测下一个热点区域的方式为计算各个转移的概率；
[0015] 向量31 (〇) = [1，0,0]，下一热点区域的概率为31⑴=[PmJa^Pac]通过对比 Pm，Pab，PA。的大小关系，将概率最大的移动作为最有可能的下一个热点区域；根据马尔可夫 链预测算法，对井下无线多媒体传感器网络节点覆盖进行优化。
[0016] 有益效果，由于采用了上述方案，非热点区域为矿工在当前时间分布很少甚至没 有人员的区域，热点区域的多媒体传感器节点需要重点监控，而非热点区域的节点可以在 保持连通性的前提下部分关闭，对井下非热点区域的监控将浪费节点的能量，通过对热点 区域序列的发现，关闭非热点区域的节点，节省无线传感器节点能量，提高井下无线多媒体 网络的生存时长，通过对井下热点区域进行统计，确定在时段中的热点区域，并对热点区域 之间的转换进行统计，使用马尔可夫过程计算出各热点区域之间的转移概率，通过节能方 法，实现热点区域节点打开，非热点区域节点关闭的控制。
[0017] 优点：非热点区域传感器持续监控的传感器节点不需要通电工作，节省了电源，缩 短了网络生存时间。
【附图说明】：
[0018] 图1为本发明的热点区域转移图。
[0019] 图2为本发明的三个热点区域之间存在转移状态图。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 :基于热点区域的井下节点节能方法：通过对井下热点区域进行统计，确 定在时段中的热点区域，并对热点区域之间的转换进行统计，使用马尔可夫过程计算出各 热点区域之间的转移概率，通过节能方法，实现热点区域节点打开，非热点区域节点关闭的 控制；热点区域转移采用马尔可夫过程进行描述，通过统计井下一块区域的热点区域转移 情况，得到转移概率；
[0021] 马尔可夫过程的井下节点节能方法为：
[0022] 步骤1、时间I；观测当前热点区域，得出下一节点31 (0);
[0023] 步骤2、时间JTH十算Ji⑴通过对比选择概率最大，对比选择概率最大的一 1个 或者N个的热点区域的热点区域，打开备选热点区域的传感器节点；
[0024] 步骤3、rr^线多媒体传感器网络发现热点区域，其他备选区域传感器节点保持 连通性要求下关闭多余节点；
[0025] 步骤4、重复步骤1。
[0026] 马尔可夫链模型中存在状态空间，在优化方法中，将热点区域作为一个状态，因此 热点区域的集合即为一个状态空间；假设在一定区域内存在三个热点区域可以表示为S= {A，B，C}，状态之间存在着转移的如图2所示；
[0027] 状态转移矩阵为
[0028]
[0029] 当在Tk时A区域称为热点区域时，下一个时段Tk+1可能的区域为S= {A，B，C}中 的一个。预测下一个热点区域的方式为计算各个转移的概率。
[0030] 向量(0) = [1，0,0]，下一热点区域的概率为⑴=[P^P^Pac]通过对比 Pm，Pab，Pa。的大小关系，将概率最大的移动作为最有可能的下一个热点区域。根据马尔可夫 链预测算法，对井下无线多媒体传感器网络节点覆盖进行优化。
[0031] 图1中，为热点区域转移图。图中，1、为第1个热点区域；2、为第2个热点区域；3、 为第3个热点区域；4、为同一时间处于同一地点的矿工。
[0032] 热点区域转换图
[0033] 其中转移概率可以使用矩阵P表示
[0034]
【主权项】
1. 一种基于热点区域的井下节点节能方法，其特征是：基于热点区域的井下节点节能 方法：通过对井下热点区域进行统计，确定在时段中的热点区域，并对热点区域之间的转换 进行统计，使用马尔可夫过程计算出各热点区域之间的转移概率，通过节能方法，实现热点 区域节点打开，非热点区域节点关闭的控制； 热点区域转移采用马尔可夫过程进行描述，通过统计井下一块区域的热点区域转移情 况，得到转移概率； 马尔可夫过程的井下节点节能方法为： 步骤1、时间Ttl观测当前热点区域，得出下一节点31 (〇); 步骤2、时间TtTH十算π (1)通过对比选择概率最大的一 1个或者N个的热点区域，打 开备选热点区域的传感器节点； 步骤3、ITrt无线多媒体传感器网络发现热点区域，其他备选区域传感器节点保持连通 性要求下关闭多余节点； 步骤4、重复步骤1。2. 根据权利要求1所述的一种基于热点区域的井下节点节能方法，其特征是：马尔可 夫链模型中存在状态空间，在优化方法中，将热点区域作为一个状态，因此热点区域的集合 即为一个状态空间；假设在一定区域内存在三个热点区域可以表示为S = {A，B，C}，状态之 间存在着转移； 状态转移矩阵为当在Tk时A区域称为热点区域时，下一个时段T k+1可能的区域为S= {A，B，C}中的一 个；预测下一个热点区域的方式为计算各个转移的概率； 向量π (ο) = [1，〇,〇]，下一热点区域的概率为π⑴=[pM，pAB，pAC]通过对比p AA，pAB， Pa。的大小关系，将概率最大的移动作为最有可能的下一个热点区域；根据马尔可夫链预测 算法，对井下无线多媒体传感器网络节点覆盖进行优化。
【专利摘要】一种基于热点区域的井下节点节能方法，属于井下无线传感器网络的节能方法。基于热点区域的井下节点节能方法：通过对井下热点区域进行统计，确定在时段中的热点区域，并对热点区域之间的转换进行统计，使用马尔可夫过程计算出各热点区域之间的转移概率，通过节能方法，实现热点区域节点打开，非热点区域节点关闭的控制。非热点区域为矿工在当前时间分布很少甚至没有人员的区域，热点区域的多媒体传感器节点需要重点监控，而非热点区域的节点可以在保持连通性的前提下部分关闭，对井下非热点区域的监控将浪费节点的能量，通过对热点区域序列的发现，关闭非热点区域的节点，节省无线传感器节点能量，提高井下无线多媒体网络的生存时长。
【IPC分类】H04W16/22, H04W52/02
【公开号】CN104883698
【申请号】CN201510254316
【发明人】陈伟, 周军娜, 唐志博, 李鸣, 王珂
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月18日