[發(fā)明專利]無線傳感網(wǎng)中的分布式招募調(diào)度方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510418854.6
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105072674A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志貴;劉英平;王鵬;程曉偉;王璽
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中的一種節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法?？蓱?yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，高密度、高冗余度的節(jié)點(diǎn)部署，保證網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋、穩(wěn)定性。如果這些高密度、高冗余度的節(jié)點(diǎn)沒有好的調(diào)度，節(jié)點(diǎn)可能發(fā)送相同的信息，造成節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)以及網(wǎng)絡(luò)擁堵。有學(xué)者采用節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法解決這些問題。節(jié)點(diǎn)調(diào)度通過一定的方法對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，在不影響區(qū)域覆蓋、通信質(zhì)量、任務(wù)等前提下，使一部分節(jié)點(diǎn)處于活躍狀態(tài)而另一部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法可分為與位置相關(guān)的節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法和與位置無關(guān)的節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法兩大類?；诘乩砦恢玫墓?jié)點(diǎn)調(diào)度方法通過獲取節(jié)點(diǎn)精確的地理位置信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)的覆蓋區(qū)域和冗余度，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)調(diào)度，如啟發(fā)式的基于最大化互斥集合個(gè)數(shù)的方法(MCMCC)、最優(yōu)地理密度控制方法(OGDC)等。此類方法通常采用全球定位系統(tǒng)GPS或其它的定位機(jī)制獲取節(jié)點(diǎn)的精確位置信息，節(jié)點(diǎn)成本高，定位消耗能量。

與位置無關(guān)的節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法中，節(jié)點(diǎn)的位置信息無需作為已知條件，節(jié)點(diǎn)通過與鄰居節(jié)點(diǎn)交換信息，獲取鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、距離等信息判斷節(jié)點(diǎn)是否為冗余節(jié)點(diǎn)。Kumar等通過研究k度覆蓋、網(wǎng)絡(luò)區(qū)域面積、節(jié)點(diǎn)感知半徑、網(wǎng)絡(luò)生命周期和初始部署節(jié)點(diǎn)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)休眠概率之間的關(guān)系，提出一種隨機(jī)獨(dú)立休眠調(diào)度方法，可實(shí)現(xiàn)k度覆蓋，實(shí)現(xiàn)簡單，但所需初始節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大。Wu等研究鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目與網(wǎng)絡(luò)覆蓋率之間的關(guān)系，提出一種輕量級節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法。根據(jù)需求覆蓋率計(jì)算所需鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，去除多余鄰居節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)減少冗余工作節(jié)點(diǎn)的目的。該方法在執(zhí)行過程中，節(jié)點(diǎn)間需要頻繁交換鄰居節(jié)點(diǎn)信息，易造成能量消耗和網(wǎng)絡(luò)擁堵。Yen等提出一種與地理位置無關(guān)的基于測距的睡眠調(diào)度方法(RBSS)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)均勻隨機(jī)部署，節(jié)點(diǎn)通信半徑為感知半徑的倍時(shí)，RBSS方法可以通過測距在已部署節(jié)點(diǎn)中尋找和逼近正六邊形覆蓋模型，保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和連通性，但是RBSS方法未考慮節(jié)點(diǎn)調(diào)度過程中招募節(jié)點(diǎn)能耗過大，導(dǎo)致招募節(jié)點(diǎn)過早死亡，影響網(wǎng)絡(luò)生命周期情況。

發(fā)明內(nèi)容

針對RBSS方法中總是由招募節(jié)點(diǎn)發(fā)布協(xié)作節(jié)點(diǎn)招募消息，節(jié)點(diǎn)頻繁發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，導(dǎo)致能量消耗過快及網(wǎng)絡(luò)過快失效，本發(fā)明基于分布式思想，提出基于測距的分布式招募調(diào)度方法(RBDRS)。RBDRS方法通過節(jié)點(diǎn)間距離，選擇合適協(xié)作節(jié)點(diǎn)，將協(xié)作節(jié)點(diǎn)招募的任務(wù)轉(zhuǎn)移到新招募的協(xié)作節(jié)點(diǎn)上，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。

本發(fā)明對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)做出如下假設(shè)：網(wǎng)絡(luò)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)二維平面上的正方形區(qū)域；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)同構(gòu)，節(jié)點(diǎn)具有相同的感知半徑R_s和通信半徑R_t；節(jié)點(diǎn)采用布爾感知模型(0-1模型)，即感知半徑R_s內(nèi)發(fā)生的事件以概率1感知，R_s外發(fā)生的事件不能感知，概率為0；節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，可利用節(jié)點(diǎn)間的無線信號強(qiáng)度來計(jì)算鄰近節(jié)點(diǎn)間的距離信息，節(jié)點(diǎn)不具備獲取位置信息及移動能力；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)采用隨機(jī)分布，存在大量冗余節(jié)點(diǎn)，不存在孤立節(jié)點(diǎn)。對于節(jié)點(diǎn)調(diào)度來說，實(shí)現(xiàn)正六邊形覆蓋問題轉(zhuǎn)化為當(dāng)時(shí)，如何選擇中心工作節(jié)點(diǎn)S，以及如何圍繞節(jié)點(diǎn)S尋找6個(gè)相距R_t的鄰居工作節(jié)點(diǎn)C₁～C₆的問題。中心工作節(jié)點(diǎn)S稱為招募節(jié)點(diǎn)、6個(gè)鄰居工作節(jié)點(diǎn)稱為協(xié)作節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。