[發明專利]無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法

在審

• 申請號: 201710338366.3
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107155175A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 韓光潔;劉彬彬
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W24/02;H04W52/02;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所32225
• 代理人: 孫彬

1.一種無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法，其特征在于，包括以下四個階段：

(1)、節點狀態調度設置階段：對無線傳感器網絡節點設定Sleep/Awake調度策略；

(2)、有毒氣體邊界處節點選擇階段：首先，利用感知信息更新確定出邊界未感知節點，然后，選擇出距離對應邊界感知節點距離較近的邊界未感知節點作為邊界節點；

(3)、虛擬邊界節點構建階段：氣體邊界圖形失真與非失真情形下在不同邊界節點之間構建虛擬邊界節點；

(4)、數據上傳階段：利用均勻網格思想，網格選取相應頭節點，匯聚網格內所有虛擬邊界節點信息，并利用不同網格頭節點上傳信息。

2.根據權利要求1所述的一種無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法，其特征在于，所述步驟(1)中節點狀態調度設置階段的具體步驟為：

(2a)、初始時刻節點處于偵聽狀態，感知監測網絡區域是否存在目標出現，以及可能出現的對應區域。同時，任意節點u與其所有一跳鄰居節點Nu之間互相發送探測數據包，提前建立好鄰居信息表；

(2b)、在步驟(2a)的基礎之上，節點周期性的于偵聽與睡眠狀態間進行狀態轉換，當節點進入偵聽狀態時，若能夠感知到目標，則節點的狀態會立即轉變為Awake狀態；反之，若節點進入偵聽狀態卻無法感知到目標，則節點會立即進入Sleep狀態，從而進入下一周期狀態轉變的準備階段；

(2c)、當某一節點能感知到目標，則處于活動狀態，立即與其周圍所有鄰居節點進行信息交互，告知一跳鄰居其自身能感知目標，同時依據當前周期內建立的鄰居信息表，喚醒部分未感知到目標的鄰居節點進入偵聽狀態，只有當節點無法感知到目標并且節點的鄰居節點中不存在感知節點時，節點才會重新進入Sleep狀態。

3.根據權利要求1所述的一種無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法，其特征在于，所述步驟(2)中有毒氣體的邊界處節點選擇階段具體步驟為：

(3a)、首先確定出所有的候選邊界節點，候選邊界節點的選擇分為感知階段與更新階段，其中感知階段表示感知氣體是否出現及可能出現的狀態，更新階段即節點鄰居信息表更新，根據感知與更新信息過程篩選出的候選邊界節點，將為邊界節點的正確選擇提供依據；

其中，節點鄰居信息表更新即節點提前建立好自身的鄰居信息表，表中記錄有節點對應的所有一跳鄰居節點的信息，信息內容主要是節點的監測狀態、節點的ID以及節點的地理位置，該信息表依據監測周期進行更新；

(3b)、在步驟(3a)的基礎上進行邊界節點的確定，首先，邊界感知節點依據其自身的地理位置坐標及鄰居節點的地理位置坐標信息，對不同ID號的一跳鄰居節點進行歐式距離的遍歷排序計算。

4.根據權利要求1所述的一種無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法，其特征在于，所述步驟(3)中虛擬邊界節點構建階段的步驟為：

(4a)、不考慮邊界失真時，利用邊界感知節點與其對應的邊界節點之間構建虛擬邊界節點；

(4b)、考慮邊界失真時，利用邊界感知節點與其對應的邊界節點之間構建虛擬邊界節點，同時在兩鄰居邊界感知節點之間構建虛擬邊界感知節點，然后在虛擬邊界感知節點與對應的邊界節點之間構建出虛擬邊界節點；

虛擬邊界節點的構建,利用邊界感知節點保存所有一跳鄰居邊界未感知節點信息；

虛擬邊界節點的地理位置的信息，直接保存于用于計算的邊界感知節點當中，無需再進行信息的匯聚。

5.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡中基于虛擬節點的有毒氣體監測方法，其特征在于，所述步驟(4)中數據上傳階段的具體步驟為：

(5a)、網格劃分：

首先，在監測區域中選取一參考地理位置坐標(x₀,y₀)，將監測區域劃分為若干小型、虛擬且均勻的正方形網格，任一網格單元的邊長尺寸大小為α，每個網格單元擁有自身的網格坐標C_grid，每個節點依據自身地理位置坐標(x,y)，可由式得出其所在網格的坐標C_grid(a,b)；

其次，每個網格單元均擁有自身的網格頭節點，網格頭節點的選取依據如下機制：給網格單元C_grid(a,b)中坐標為(x,y)的節點都分配一個倒計時器，倒計時時間設置為

其中R__center代表節點i距離網格單元中心位置的距離，E_{residual_i}代表節點i的剩余能量；

網格C_grid(a,b)中心點坐標：

(x0+α(a+12),y0+α(b+12));]]>

則節點(x,y)距離所在網格C_grid(a,b)中心的距離：

R_center=(x-(x0+α(a+12)))2+(y-(y0+α(b+12)))2]]>

在對應C_grid(a,b)中，節點倒計時時間結束的順序會在對應網格內洪泛，發送頭消息通知報告包，如果節點u于倒計時結束前已接收到來自其它節點傳來的此類通知包，則節點u會取消自身頭消息的通知洪泛，并且保存所接收的頭節點的地理位置坐標；

(5b)、數據匯聚與轉發：

首先，邊界感知節點確定了自身所在的單元格信息；

然后，將邊界感知節點儲存的虛擬邊界節點位置信息匯聚給各自所在的單元格頭節點，頭節點對相關信息進行整合，并發送一個反饋信息包給對應網格內的邊界感知節點，代表其已接收到消息包并確認信息未丟失；

最后，對收集的數據包進行上傳，上傳路由的原則是：只在不同網格頭節點之間進行通信，無其余類型的節點參與，網格頭節點u_ghd選擇下一跳當中距離Sink節點所在單元格位置最近的網格頭節點v_ghd進行數據轉發。