[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710338366.3
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107155175A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓光潔;劉彬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 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(wù)所32225
• 代理人: 孫彬

1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下四個(gè)階段：

(1)、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)調(diào)度設(shè)置階段：對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)定Sleep/Awake調(diào)度策略；

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

(3)、虛擬邊界節(jié)點(diǎn)構(gòu)建階段：氣體邊界圖形失真與非失真情形下在不同邊界節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建虛擬邊界節(jié)點(diǎn)；

(4)、數(shù)據(jù)上傳階段：利用均勻網(wǎng)格思想，網(wǎng)格選取相應(yīng)頭節(jié)點(diǎn)，匯聚網(wǎng)格內(nèi)所有虛擬邊界節(jié)點(diǎn)信息，并利用不同網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)上傳信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(1)中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)調(diào)度設(shè)置階段的具體步驟為：

(2a)、初始時(shí)刻節(jié)點(diǎn)處于偵聽狀態(tài)，感知監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)區(qū)域是否存在目標(biāo)出現(xiàn)，以及可能出現(xiàn)的對應(yīng)區(qū)域。同時(shí)，任意節(jié)點(diǎn)u與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)Nu之間互相發(fā)送探測數(shù)據(jù)包，提前建立好鄰居信息表；

(2b)、在步驟(2a)的基礎(chǔ)之上，節(jié)點(diǎn)周期性的于偵聽與睡眠狀態(tài)間進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入偵聽狀態(tài)時(shí)，若能夠感知到目標(biāo)，則節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)會立即轉(zhuǎn)變?yōu)锳wake狀態(tài)；反之，若節(jié)點(diǎn)進(jìn)入偵聽狀態(tài)卻無法感知到目標(biāo)，則節(jié)點(diǎn)會立即進(jìn)入Sleep狀態(tài)，從而進(jìn)入下一周期狀態(tài)轉(zhuǎn)變的準(zhǔn)備階段；

(2c)、當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)能感知到目標(biāo)，則處于活動狀態(tài)，立即與其周圍所有鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，告知一跳鄰居其自身能感知目標(biāo)，同時(shí)依據(jù)當(dāng)前周期內(nèi)建立的鄰居信息表，喚醒部分未感知到目標(biāo)的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)入偵聽狀態(tài)，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)無法感知到目標(biāo)并且節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中不存在感知節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)才會重新進(jìn)入Sleep狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(2)中有毒氣體的邊界處節(jié)點(diǎn)選擇階段具體步驟為：

(3a)、首先確定出所有的候選邊界節(jié)點(diǎn)，候選邊界節(jié)點(diǎn)的選擇分為感知階段與更新階段，其中感知階段表示感知?dú)怏w是否出現(xiàn)及可能出現(xiàn)的狀態(tài)，更新階段即節(jié)點(diǎn)鄰居信息表更新，根據(jù)感知與更新信息過程篩選出的候選邊界節(jié)點(diǎn)，將為邊界節(jié)點(diǎn)的正確選擇提供依據(jù)；

其中，節(jié)點(diǎn)鄰居信息表更新即節(jié)點(diǎn)提前建立好自身的鄰居信息表，表中記錄有節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，信息內(nèi)容主要是節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)的ID以及節(jié)點(diǎn)的地理位置，該信息表依據(jù)監(jiān)測周期進(jìn)行更新；

(3b)、在步驟(3a)的基礎(chǔ)上進(jìn)行邊界節(jié)點(diǎn)的確定，首先，邊界感知節(jié)點(diǎn)依據(jù)其自身的地理位置坐標(biāo)及鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)信息，對不同ID號的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歐式距離的遍歷排序計(jì)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(3)中虛擬邊界節(jié)點(diǎn)構(gòu)建階段的步驟為：

(4a)、不考慮邊界失真時(shí)，利用邊界感知節(jié)點(diǎn)與其對應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建虛擬邊界節(jié)點(diǎn)；

(4b)、考慮邊界失真時(shí)，利用邊界感知節(jié)點(diǎn)與其對應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建虛擬邊界節(jié)點(diǎn)，同時(shí)在兩鄰居邊界感知節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建虛擬邊界感知節(jié)點(diǎn)，然后在虛擬邊界感知節(jié)點(diǎn)與對應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建出虛擬邊界節(jié)點(diǎn)；

虛擬邊界節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建,利用邊界感知節(jié)點(diǎn)保存所有一跳鄰居邊界未感知節(jié)點(diǎn)信息；

虛擬邊界節(jié)點(diǎn)的地理位置的信息，直接保存于用于計(jì)算的邊界感知節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，無需再進(jìn)行信息的匯聚。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬節(jié)點(diǎn)的有毒氣體監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟(4)中數(shù)據(jù)上傳階段的具體步驟為：

(5a)、網(wǎng)格劃分：

首先，在監(jiān)測區(qū)域中選取一參考地理位置坐標(biāo)(x₀,y₀)，將監(jiān)測區(qū)域劃分為若干小型、虛擬且均勻的正方形網(wǎng)格，任一網(wǎng)格單元的邊長尺寸大小為α，每個(gè)網(wǎng)格單元擁有自身的網(wǎng)格坐標(biāo)C_grid，每個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)自身地理位置坐標(biāo)(x,y)，可由式得出其所在網(wǎng)格的坐標(biāo)C_grid(a,b)；

其次，每個(gè)網(wǎng)格單元均擁有自身的網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)的選取依據(jù)如下機(jī)制：給網(wǎng)格單元C_grid(a,b)中坐標(biāo)為(x,y)的節(jié)點(diǎn)都分配一個(gè)倒計(jì)時(shí)器，倒計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置為

其中R__center代表節(jié)點(diǎn)i距離網(wǎng)格單元中心位置的距離，E_{residual_i}代表節(jié)點(diǎn)i的剩余能量；

網(wǎng)格C_grid(a,b)中心點(diǎn)坐標(biāo)：

(x0+α(a+12),y0+α(b+12));]]>

則節(jié)點(diǎn)(x,y)距離所在網(wǎng)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(yīng)C_grid(a,b)中，節(jié)點(diǎn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束的順序會在對應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)洪泛，發(fā)送頭消息通知報(bào)告包，如果節(jié)點(diǎn)u于倒計(jì)時(shí)結(jié)束前已接收到來自其它節(jié)點(diǎn)傳來的此類通知包，則節(jié)點(diǎn)u會取消自身頭消息的通知洪泛，并且保存所接收的頭節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)；

(5b)、數(shù)據(jù)匯聚與轉(zhuǎn)發(fā)：

首先，邊界感知節(jié)點(diǎn)確定了自身所在的單元格信息；

然后，將邊界感知節(jié)點(diǎn)儲存的虛擬邊界節(jié)點(diǎn)位置信息匯聚給各自所在的單元格頭節(jié)點(diǎn)，頭節(jié)點(diǎn)對相關(guān)信息進(jìn)行整合，并發(fā)送一個(gè)反饋信息包給對應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)的邊界感知節(jié)點(diǎn)，代表其已接收到消息包并確認(rèn)信息未丟失；

最后，對收集的數(shù)據(jù)包進(jìn)行上傳，上傳路由的原則是：只在不同網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，無其余類型的節(jié)點(diǎn)參與，網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)u_ghd選擇下一跳當(dāng)中距離Sink節(jié)點(diǎn)所在單元格位置最近的網(wǎng)格頭節(jié)點(diǎn)v_ghd進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。