[發明專利]一種混合傳感網中基于最少空洞數柵欄的柵欄修補方法

有效

• 申請號: 201410283011.5
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN105228160B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 王朝煒;謝歡;林侃成;彭宏玉;康琳;張英海
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

本發明公開了一種混合傳感網中基于最少空洞數柵欄的柵欄修補方法，利用部分可移動性節點修補部分空洞，使監控區域形成一條強柵欄覆蓋，實現監控區域的防衛作用。本修補方法利用圖論思想，在橫跨整個監控區域中尋找空洞數最少的柵欄作為空洞修補對象，從而減少移動節點數；其次，利用空洞與移動節點間的匹配，尋找使移動節點移動距離最短的空洞?移動節點匹配方案，進而降低移動節點在移動過程中消耗的能量，延長網絡生存時間。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，更具體涉及一種混合傳感網中基于最少空洞數柵欄的柵欄修補方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是當前國際上備受關注的、涵蓋多學科交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域之一。它綜合了嵌入式計算機技術、傳感器技術、無線通信技術、分布式信息處理技術以及無線通信技術等，通過多種集成化的傳感器能力協作，采集感知各種環境或監測對象信息，通過多跳的方式形成自組網，最后以無線的方式將這些數據發送到用戶終端，從而實現對環境信息的實時監測。WSN具有十分廣闊的應用前景，在軍事國防、工農業、城市管理、生物醫療、環境監測、搶險救災、防恐反恐、危險區域遠程控制等諸多領域都有潛在的實用價值，并已得到世界各國軍事部門、學術界和工業界的廣泛關注，國內外的許多大學和研究機構都投入了大量的研發力量從事這項工作。

在一個無線傳感器網絡建立初期，網絡覆蓋問題是最先考慮的問題，即在保證服務質量(QoS)的前提下，在監控區域或感興趣區域(Field of Interest:FOI)內如何合理規劃和部署各傳感器節點的問題，也是當前無線傳感器網絡研究的熱點問題。根據覆蓋的目的通常可以將其分為以下三種覆蓋：目標覆蓋(target coverage)，柵欄覆蓋(barriercoverage)和區域覆蓋(area coverage)三種。柵欄覆蓋考察的目標是運動物體穿越傳感器監控區域被發現或被檢測到的概率問題，在軍事和、國防安全和火災監控等領域都有著廣泛的應用。

柵欄覆蓋是無線傳感器網絡的研究熱點之一，已取得了一定的研究成果，但已有工作主要基于無移動特性的傳感器節點組成的靜態傳感網。利用隨機部署的靜態傳感器網絡對監控區域實施柵欄覆蓋，存在以下三個問題：(1)由于部署的隨機性，傳感器網絡中可能存在覆蓋空洞，不能保證在監控區域內形成可靠的柵欄，從而難以保證百分百地監測到穿越監控區域的移動目標；(2)為避免覆蓋空洞的存在，確保形成可靠的柵欄覆蓋，大部分研究工作都通過提高節點部署密度，布撒大量節點，從而造成節點冗余，帶來成本浪費；(3)傳感器網絡工作一段時間后，部分節點由于各種原因導致能量消耗殆盡，無法進行正常的監控工作，因此在監控區域留下能量空洞問題，無法實施可靠的柵欄監控。

如果部分傳感器節點具備可移動性，在網絡部署完成后，可利用部分節點的移動能力進行重部署，最終形成1條或K條不間斷的橫貫監控區域的傳感器柵欄，實現1或K-柵欄覆蓋，同時相對于純靜態傳感網，混合傳感網柵欄覆蓋中的傳感器節點數量得到大大減少。由于傳感器節點移動將消耗大量的能量，而節點總能量有限，因此針對可移動節點的重部署問題，制定優化合理的移動路徑，減少節點移動距離是需要重點考慮的問題。由于移動節點成本相對較高，監控區域中不能使用大量的可移動節點，利用大量的靜態節點和少量的移動節點形成混合無線傳感器網絡相較前者更為合適。這種混合傳感網既能利用移動節點的移動性確保形成柵欄，又能減少柵欄所需的傳感器節點數，減少柵欄形成成本，提高整個傳感網的生存時間。因此，基于部分移動性節點的無線傳感器網絡柵欄覆蓋的節點部署策略研究必然是大勢所趨。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明主要利用部分傳感器節點的可移動性，修補網絡中覆蓋空洞，在傳感網中實現柵欄覆蓋，主要解決的技術問題在于減少在混合傳感網中移動節點數，降低移動節點在移動過程中消耗的能量，延長網絡生存時間，因此提供一種混合傳感網中基于最少空洞數柵欄的柵欄修補方法。

(二)技術方案