[發(fā)明專利]采用節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810119920.X
• 申請(qǐng)日: 2008-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN101350775A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉恒;蒲菊華;劉云璐;熊璋;張碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/56
• 分類號(hào): H04L12/56;H04L12/28
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的控制方法，更特別地說，是指采用節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋進(jìn)行節(jié)點(diǎn)休眠資格判定，并根據(jù)判定結(jié)果動(dòng)態(tài)控制任意節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Network，WSN)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的無線傳感器組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(參見圖1所示)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給使用者。每個(gè)無線傳感器在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中稱作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，與該節(jié)點(diǎn)能夠聯(lián)通的節(jié)點(diǎn)稱作該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)一般具有兩種狀態(tài)，一是活躍狀態(tài)(也稱工作狀態(tài))，二是休眠狀態(tài)。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，目標(biāo)一般隨時(shí)隨地出現(xiàn)，且可能具有一定的移動(dòng)性，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域N_L×M(該監(jiān)測(cè)區(qū)域N_L×M是以邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、M的矩形區(qū)域，邊長(zhǎng)L、M可以是10m～1000m的距離)保持一定的覆蓋質(zhì)量(該覆蓋質(zhì)量包含有覆蓋度K、節(jié)點(diǎn)密度、覆蓋算法的通訊開銷、覆蓋算法的存儲(chǔ)開銷、覆蓋算法的功耗、覆蓋與連通的關(guān)聯(lián)等相關(guān)內(nèi)容)才能及時(shí)的捕捉到目標(biāo)的狀態(tài)及其變化。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域d(O，r)一般被抽象為以自身為圓心O、傳感半徑為r(該傳感半徑r可以是10m～100m的距離)的圓盤(參見圖2所示)。

覆蓋度K是指在監(jiān)測(cè)區(qū)域N_L×M內(nèi)任意一個(gè)目標(biāo)最少被K個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域d(O，r)覆蓋，則稱為該監(jiān)測(cè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋度為K，簡(jiǎn)稱為覆蓋度K。覆蓋度K通常作為衡量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)功能的服務(wù)質(zhì)量，覆蓋度K越高，說明監(jiān)測(cè)區(qū)域N_L×M被覆蓋的效果越好。然而，由于節(jié)點(diǎn)能源受限，依靠所有節(jié)點(diǎn)均全勤工作來提高覆蓋度的方法是不切實(shí)際的。因此，如何控制傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，以保證在較少傳感器節(jié)點(diǎn)工作情況下卻能維護(hù)較高的覆蓋質(zhì)量是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的一個(gè)重要問題。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)部署方式導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的分布是不均勻的，多個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域往往會(huì)產(chǎn)生重疊覆蓋區(qū)域(參見圖2所示，圖中有帶斜線區(qū)域)，使得部分傳感區(qū)域的覆蓋度K過高，導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置的無線傳感器出現(xiàn)冗余性，造成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本增加。反之，多個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域互相不相交或相距一定距離則會(huì)遺漏目標(biāo)現(xiàn)象(也稱欠覆蓋盲點(diǎn))，達(dá)不到對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域N_L×M進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。

在一定的覆蓋度要求K下，若一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)均被其余K個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的傳感區(qū)域覆蓋，則說明該節(jié)點(diǎn)是冗余節(jié)點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制協(xié)議就是通過輪流關(guān)閉具有休眠資格的冗余節(jié)點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)處于活躍狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目保持穩(wěn)定，在保證覆蓋度K符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，為了延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用壽命，必須要減少不必要的功耗。Ottawa協(xié)議只考慮了有限數(shù)目的鄰居節(jié)點(diǎn)，從而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中仍然存在過多的冗余節(jié)點(diǎn)，因此，該Ottawa協(xié)議所采用的判定方法是一個(gè)充分而非必要條件。如何判定冗余節(jié)點(diǎn)是覆蓋控制中的一關(guān)鍵性問題，本發(fā)明提出一種采用節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋進(jìn)行節(jié)點(diǎn)休眠資格判定，并根據(jù)判定結(jié)果動(dòng)態(tài)控制任意節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明采用節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法，該節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法采用節(jié)點(diǎn)休眠資格判定法則ERPC對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)休眠控制。每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集到的周邊所有鄰居節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位置，以ERPC進(jìn)行休眠資格判斷，符合條件時(shí)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法以較低的計(jì)算復(fù)雜度，以充分必要條件判斷網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的冗余性，實(shí)現(xiàn)了覆蓋度K可配置的分布式網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法解決了：(1)分布式地、覆蓋度K可預(yù)設(shè)地覆蓋控制問題；(2)提出了冗余節(jié)點(diǎn)判定的充分必要條件，即保證冗余完全消除和無欠覆蓋盲點(diǎn)；(3)覆蓋算法的通訊開銷低于Ottawa協(xié)議。

本發(fā)明采用節(jié)點(diǎn)邊界覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法，其具有下列處理步驟：

步驟一：任意節(jié)點(diǎn)N_i廣播標(biāo)簽信息BM；構(gòu)建任意節(jié)點(diǎn)N_i的鄰居節(jié)點(diǎn)表單Neighbor_i；