[發(fā)明專利]一種面向多目標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的無線傳感網(wǎng)感知拓?fù)錁?gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110410406.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN102395146A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張帥;王臨琳;夏凌楠;高丹;羅炬鋒;于峰;王晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H04W24/00
• 分類號(hào): H04W24/00;H04W84/18
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向多目標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的無線傳感網(wǎng)感知拓?fù)錁?gòu)建方法，更確切地說，本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)多目標(biāo)點(diǎn)的覆蓋及對(duì)應(yīng)拓?fù)錁?gòu)建方法。屬于無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多目標(biāo)點(diǎn)自適應(yīng)感知拓?fù)涞臉?gòu)建問題的一般解決流程大致包括兩個(gè)步驟：一是活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的選擇；二是活動(dòng)節(jié)點(diǎn)路由的構(gòu)建。

在第一個(gè)步驟中，一般需要考慮的因素包括覆蓋率和活動(dòng)節(jié)點(diǎn)整體的能量特性。即首先要求選擇的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能覆蓋所有的目標(biāo)點(diǎn)，其次則要求選擇出的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)具備均衡自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)能量消耗的特性。在第二個(gè)步驟中，需要考慮活動(dòng)節(jié)點(diǎn)如何構(gòu)建一個(gè)通往Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通道。

1)對(duì)于第一個(gè)步驟，覆蓋率的支持較容易實(shí)現(xiàn)；而自適應(yīng)能量特性則要求節(jié)點(diǎn)能根據(jù)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況，決定自身的工作狀態(tài)。

一般情況下，目標(biāo)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)均隨機(jī)布設(shè)，同時(shí)假設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)滿足0/1分布的監(jiān)測(cè)感知模型，網(wǎng)絡(luò)以輪的方式進(jìn)行調(diào)度管理。認(rèn)為只有能監(jiān)測(cè)到目標(biāo)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)才會(huì)定期產(chǎn)生有效數(shù)據(jù)。由于隨機(jī)布設(shè)的不均勻性，各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)可能被多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋，如果我們同時(shí)使用多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，那么這些傳感器節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生出相同的數(shù)據(jù)，這是對(duì)傳感器資源的一種浪費(fèi)。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)可能需要配合該傳感器節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)的上傳工作，這同時(shí)也加劇了網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的通信負(fù)擔(dān)。一種有效的方式是使得冗余的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，每輪僅有有限個(gè)節(jié)點(diǎn)活動(dòng)，但同時(shí)要完成目標(biāo)監(jiān)測(cè)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能耗的均衡。因此活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的選擇問題，實(shí)際上可等價(jià)為多目標(biāo)點(diǎn)覆蓋調(diào)度問題。

2)對(duì)于第二個(gè)步驟，可簡(jiǎn)化認(rèn)為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能通過一跳路由與某個(gè)不能覆蓋到目標(biāo)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)通信，或是能通過一跳路由直接與Sink節(jié)點(diǎn)通信，從而使我們的目標(biāo)鎖定在多目標(biāo)點(diǎn)覆蓋調(diào)度問題上。

綜合以上描述，可看出多目標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)感知拓?fù)錁?gòu)建問題可通過合理優(yōu)化傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度，自適應(yīng)控制傳感器節(jié)點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)來解決，而網(wǎng)絡(luò)中的路由則能以活動(dòng)節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建。

以上所涉及的傳感網(wǎng)多目標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)問題，已經(jīng)有了研究報(bào)道：

1)一種研究的方式是不區(qū)分目標(biāo)點(diǎn)的多重覆蓋，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)消耗的能量等比于其覆蓋的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)或是與時(shí)間成正比關(guān)系。

Cardei?M，Thai?MT，Yingshu?L，et?al.”[Energy-efficient?target?coverage?in?wireless?sensor?networks，”Proc.IEEE?Infocom?Conference，vol.1973，PP.1976-1984，2005]在文章中較早針對(duì)K目標(biāo)監(jiān)測(cè)提出了最大覆蓋控制集(Maximum?Set?Covers)的概念，簡(jiǎn)稱MSC，作者以二分圖來表示傳感器節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間的覆蓋關(guān)系，并從線性規(guī)劃的角度給出了兩個(gè)解決方案，分別是啟發(fā)式的LP-MSC和貪婪式的Greedy?MSC，通過構(gòu)建多個(gè)非不相交覆蓋集的方法達(dá)到最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期的目標(biāo)，此外作者還有效證明了MSC問題本身是一個(gè)NP完全問題。該文作者在論證和仿真的過程中，僅僅假設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)僅能工作一個(gè)生命周期，當(dāng)擴(kuò)展到多生命周期時(shí)，該文獻(xiàn)提出的方法不能有效的對(duì)節(jié)點(diǎn)的剩余能量進(jìn)行考慮；此外，該文作者沒有關(guān)注多重覆蓋的目標(biāo)點(diǎn)，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)一旦覆蓋了某個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，就會(huì)周期產(chǎn)生數(shù)據(jù)，那么對(duì)于多重覆蓋的目標(biāo)點(diǎn)，必然會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)冗余的問題。文獻(xiàn)[Jiming?C，Junkun?L，Shibo?H，et?al.Energy-Efficient?Coverage?Based?on?Probabilistic?Sensing?Model?in?Wireless?Sensor?Networks[J].Communications?Letters，IEEE，2010，14(9)：833-835]則是把多目標(biāo)的覆蓋調(diào)度問題歸結(jié)為最小權(quán)重傳感器覆蓋問題(MWSCP)，并考慮在概率覆蓋模型下的覆蓋調(diào)度，通過構(gòu)建一個(gè)整數(shù)線性規(guī)劃模型，作者分別使用蟻群算法和粒子群算法對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行求解。在該文中，作者只把節(jié)點(diǎn)區(qū)分成工作態(tài)和非工作態(tài)，并認(rèn)為無論節(jié)點(diǎn)覆蓋多少目標(biāo)點(diǎn)，其在工作狀態(tài)的能耗都相同。這種假設(shè)具備一定的合理性，但仍是不足的。

2)另外，一種研究的報(bào)道則是對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的多重覆蓋情況進(jìn)行考慮，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)能耗等比于其負(fù)責(zé)的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)目。