[發明專利]一種基于延遲啟動的無線傳感器網絡局部區域覆蓋算法

無效

• 申請號: 200810236424.2
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101547451A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 桂小林;何欣;李小勇;張文東;徐顯椋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W16/20
• 分類號: H04W16/20;H04W84/18;H04W24/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡覆蓋控制技術領域，具體涉及一種基于延遲啟動的無線傳感器網絡局部區域覆蓋方法。

背景技術

由于單個節點的感知能力有限，如何有效、合理的組織節點間的協作，實現人們希望的感知需求的技術稱為無線傳感器網絡覆蓋技術。它是無線傳感器網絡的基礎技術，直接反映了無線傳感器網絡對環境的感知服務質量。同時，由于傳感器節點的能量有限，提高感知服務質量和延長網絡生存時間是無線傳感器網絡覆蓋控制技術設計的關鍵。

針對野外場景，特別是沙漠、戰場等特殊環境，人們往往無法實現確定性部署。因此，目前的區域覆蓋控制算法往往采用在指定區域隨機均勻布撒大量冗余節點的方式進行初始部署。同時，利用休眠調度等節能機制，在保持原有目標區域覆蓋度的同時，盡量延長網絡的生存時間。按照其實施策略，可分為集中式算法和局部區域覆蓋算法。

集中式算法的覆蓋決策判斷往往集中在某個特定的節點(如基站或者某個特殊類型的節點)上進行，由該節點根據全網的拓撲信息，判斷哪些節點休眠、那些節點處于活動狀態。這就要求該節點必須有較高的計算能力、存儲能力和通信能力。同時，網絡節點的拓撲變化信息則需在整個網絡中傳輸至特定節點，網絡的通信負載較重，不僅影響到正常的數據通信，同時也會導致大量的能量浪費。因此，集中式控制算法不適合大規模網絡、不利于網絡的擴展。

局部區域覆蓋算法要求覆蓋決策在每個節點上進行，將節點工作周期分為兩個階段：覆蓋決策階段、數據傳送階段(正常工作階段)，這類似于分簇Leach協議的分輪工作機制。覆蓋決策階段在每輪開始時進行，各節點會根據鄰居節點提供的拓撲信息，判斷自身狀態是休眠還是活躍狀態，由此完成整個網絡的覆蓋控制。覆蓋決策階段完成后，開始正常的數據傳送。每輪決策的活躍節點集不同，導致了網絡拓撲的動態變化。由于協議僅需鄰居拓撲信息，通信量少、計算量低，同時，覆蓋控制引起的通信僅在節點周圍進行，對遠處節點無影響。因此，能適用于任何密度、規模的網絡，具有較好的可擴展性。

由此可看到，局部覆蓋決策算法要優于集中式覆蓋算法，更能適合實際環境的應用需求，因此，正逐漸引起人們的廣泛關注。

目前已知局部區域覆蓋決策算法，雖然能在保證用戶感知需求的情況下延長網絡的生命周期。但是，或者仍存在覆蓋空洞現象、無法保證區域的全覆蓋；或者存在蠶食現象，導致每輪的活躍節點數過多，相對縮短了網絡的生命周期。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種利用分輪機制與圓交叉點覆蓋規則保證區域的全覆蓋，利用延遲啟動機制減少蠶食現象的發生，以延長網絡生命周期的基于延遲啟動的無線傳感器網絡局部區域覆蓋方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：在活躍節點集的選取時機上，采用分輪機制，在每輪開始時動態選擇活躍節點集，節點隨機喚醒，首先判斷是否發生延時，延時出現時，重新休眠；否則的話，根據基于圓交叉點覆蓋判測算法，判斷自身將要轉換的狀態：活躍狀態、或休眠狀態，再利用延遲啟動機制，基于距離閾值實現活躍節點首輪篩選，然后再根據圓交叉點規則進行節點的最終狀態確定；

其具體過程如下：采用分輪機制，將網絡的整個運行階段劃分成M個時間段，每個時間段為一“輪”，其中，M有最小值K，K代表區域內所有節點可以劃分的最大節點集數，每個節點集均可以覆蓋整個區域，當M取最小值K時，每輪的長度為單個節點的生存時間，M值越大，各輪初始的活躍節點集選取造成的開銷就越多，因此，需要在網絡節點能量均衡與總開銷之間尋求合適的M值。在每輪初始階段，選取能夠聯合覆蓋整個區域的節點組成一個活躍節點集，其他的節點則處于休眠狀態，該初始階段稱為活躍節點集選取階段，活躍節點在該輪的剩余時間內執行數據監測、通信工作，該階段稱為工作階段，工作階段的時間遠大于活躍節點集選取階段，每輪進行一次活躍節點集的選取，使區域內節點能量分布盡量均勻，充分利用所有節點。

本發明的活躍節點集選取方式采用基于圓交叉點覆蓋決策方式，節點首先接收活躍鄰居節點發送的狀態信息，然后利用圓交叉點覆蓋判測規則，判斷自身感知區域是否被已有的活躍鄰居節點覆蓋，未被完全覆蓋時，將自身狀態設置為活躍狀態；否則，該節點可被其鄰居節點代替，不需工作，將進入休眠狀態。由于僅接收活躍狀態的信息，減少了網內的通信量，同時也再次避免了覆蓋空洞現象。