[發明專利]一種基于移動節點的無線傳感執行網絡覆蓋方法

有效

• 申請號: 201210498624.1
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102984713A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 吳靜;楊劍鋒;郭成城;周建國;江昊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發明屬于無線傳感執行網絡技術和智能計算兩大領域，具體涉及一種基于移動節點的無線傳感執行網絡覆蓋方法。

背景技術

無線傳感執行網絡的組網方式介于機器人網絡和靜態無線傳感器網絡之間，一部分節點是具有信息采集能力的傳感器節點，另外的節點是具有信息匯聚和中繼、信息融合、信息解釋執行等能力的執行節點，這種由不對等節點組成的網絡更適用于實際的應用環境，在網絡能力和代價之間取得權衡。

自無線傳感執行網絡的概念提出以來[1]，相關技術多擬照傳統傳感器網絡的應用環境，針對靜態環境下無線傳感執行網絡的通信和協作方式。然而，對于空間監視巡航、環境污染控制、應急安全處理等多方面的迫切應用需求，多類傳感信息平臺往往在大尺度空間進行分布，并且信息數量和采集地點隨時間而改變，所形成的“傳感信息簇”相隔甚遠或者由于基礎通信設施損壞無法覆蓋整個信息空間，而相應應用往往需要綜合多個“傳感信息簇”的信息從而作出決策和執行相應的命令，因此，傳感執行網絡需要利用能力強的執行節點滿足動態的網絡互聯需求。該類網絡具有承載業務對網絡傳輸可靠性和實時性要求高、執行節點可移動和節點非對稱的特點。

執行節點的移動性和強大計算能力有利于動態環境下互聯“傳感信息簇”，但針對大尺度空間信息分布的相關應用，仍然存在以下難點：

（1）難以形成穩定的網絡互聯骨干。傳感信息分布不均勻，并且動態變化，很難形成類似最小支配集的穩定的互聯骨干，因此需要網絡具有自組裝的能力。

（2）難以在各節點上規劃全局一致的互聯拓撲。執行節點感知信息受限，不可能獲取所有“傳感信息簇”的全部精確信息，因而不能效法因特網中的互聯方式，難以在互聯節點上進行全局一致的網絡拓撲規劃，只能依靠各執行節點的分布式智能獲得相應的網絡互聯結構。

國外研究者陸續針對無線傳感執行網絡的協作機制、通信協議、QoS保證、信息解析等多方面開展研究，取得了一系列研究成果。國內不少高校和研究所也對無線傳感執行網絡展開了研究：國防科技大學并行與分布式國家重點實驗室率先開始對無線傳感反應網絡進行研究；浙江大學網絡傳感與控制研究組重點研究了無線傳感執行網絡的分布式協調控制；復旦大學鐘亦平教授領導的研究小組主要針對無線傳感執行網絡的密鑰管理展開探索；西安電子科技大學應用數學系的馮海林副教授則對無線傳感執行網絡的容錯拓撲控制機制進行理論研究。

目前，有關無線傳感執行網絡覆蓋的研究主要集中在以下來兩個方面：

（1）執行節點的有效部署——在網絡連通的情況下獲得最大化的覆蓋范圍。KemalAkkaya[2]等人在考慮最大化覆蓋面積和最小化延遲雙重目標下，提出了先部署執行節點形成簇，后調整其位置最小化延遲的經典策略；后又考慮節點移動性，在此基礎上提出了一種分布式的部署方法，以在保持連接的情況下最大化覆蓋面積[3]。Ka.Selvaradjou在能量、資源、實時性約束的環境下，以最小化執行節點的移動距離為目標，采用混合整數非線性規劃，解決事件分配問題，使所有事件可以被相應執行節點收集[4]。Krishnakumar則在其論文[5]中討論了在稀疏網絡中，如何規劃一個執行節點的移動路線，變相互聯網絡中的傳感節點。

（2）網絡容錯機制——網絡失效時及時進行路徑恢復。文獻[6-7]考慮已被連接的傳感執行網絡，當關鍵割點失效時，以最小化移動距離為目標，通過分層次移動執行節點，替代失效的割點。文獻[8]則針對機器人網絡，在2連通網絡的基礎上，討論失效后的執行節點的移動方法，使路徑得到迅速恢復；文獻[9]則討論了該方法的具體分布式實現方式。

F.Senel和K.Akkaya[10-11]的方法與本發明類似，探討網絡分割情況下基于移動執行節點的無線傳感執行網絡的覆蓋問題。但其研究單純從簇內執行節點的最小支撐集部署和層次化移動角度出發，在穩定網絡拓撲基礎上考慮網絡連通性問題，并沒有考慮網絡的冗余性和有效性。目前，無線傳感執行網絡技術從單純的靜態拓撲控制轉向利用節點移動性保證網絡的連通性，從集中式的網絡規劃轉向利用分布式局部規劃獲得全局網絡的連通。然而，無論是執行節點的有效部署還是網絡容錯機制，現有的技術都是單純從拓撲連通性的角度出發，而未考慮到信息分布的不均勻和動態性，從而在實際應用中無法滿足信息傳輸的可靠性和實時性需求。

相應參考文獻：