[發明專利]一種水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法

有效

• 申請號: 201711469946.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108055683B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 刁鵬飛
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

一種水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法，屬于水下無線傳感器網絡領域，本發明為解決現有水下無線傳感器網絡鏈路技術存在的不足。本發明方法包括以下步驟：在待監測區域隨機布撒節點；休眠覆蓋冗余度較高的節點；對休眠冗余節點后的網絡進行分簇：以網絡覆蓋率和能耗標準差為目標函數，采用基于分解技術的多目標算法優化并獲取一組非支配解，采用TOPSIS法從該組非支配解中選出一個較優解作為分簇方式；若監測到某個節點死亡，喚醒該死亡節點周邊的休眠節點，再按休眠原則令被喚醒節點中的冗余節點休眠；重復執行上述步驟，直至節點無法連接到基站。

技術領域

本發明屬于水下無線傳感器網絡領域，具體涉及一種水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法。

背景技術

由于人們對海洋探索需求的不斷增大，水下無線傳感器網絡(UnderwaterWireless Sensor Networks,UWSNs)目前廣泛應用在水下輔助導航、水下資源探測、水下環境監測、等領域，已經成為目前的研究熱點之一。

然而，由于水下傳感器自身攜帶能量有限，且較難更換或補充電源，因此延長網絡工作時間并在此過程中保持網絡的覆蓋率是無線傳感器網絡的熱點及難點問題之一。針對這一問題，陸地無線傳感器網絡主要通過節點休眠策略、設計分簇協議、采用多目標均衡優化的方式降低網絡節點能耗，延長網絡生命周期。但因為能耗模型與UWSNs差異較大且陸地無線傳感器網絡覆蓋模型主要集中在二維平面上，這與處于三維空間的水下傳感器網絡的覆蓋模型是不匹配的，所以不能將陸地傳感器網絡的研究成果直接應用于UWSNs上，因此亟待加大對UWSNs覆蓋及延長網絡壽命等方面的研究力度。

對此，Latif等人采用異構的方式通過引入可移動節點彌補網絡中出現的覆蓋空洞并延長網絡壽命，但水下環境較復雜，節點移動的精確性有待提高且移動節點將耗費較大能量。洪昌建等人采用動態分層機制周期性的對網絡節點進行分簇，該算法雖然能在一定程度上延長網絡生命周期，但沒有考慮節點死亡對網絡覆蓋率的影響；Tsai等人提出的LEACH-Coverage-U算法是在陸地傳感器網絡LEACH算法的基礎上，建立起的周期性選擇簇頭的算法，該算法雖能在一定程度上延長網絡生命周期，但頻繁的選擇簇頭會為網絡帶來較大的能量損耗，且該算法不能有效保證網絡覆蓋率；蔣鵬等人提出的基于分簇的水下傳感器網絡覆蓋保持路由算法，與LEACH-Coverage-U相比能夠在延長網絡生命周期的同時，較好的保持了網絡的覆蓋率，但簇與簇之間、簇與SINK節點之間易出現不連通現象，進而導致局部網絡中斷，且靠近SINK節點的簇頭節點負載較大，其壽命較短易過早死亡，進而影響整個網絡的生命周期。蔣鵬等人提出一種分布式的網絡不均勻分層的覆蓋保持路由算法，即根據節點距離SINK節點的不同距離將網絡分層以減小靠近SINK節點的節點通信能耗，并基于網絡覆蓋冗余度的方式選擇簇頭，該算法雖然能較好的延長網絡壽命并保持網絡覆蓋率，但易出現簇頭節點含有較多簇成員的情況，因此不能較好的均衡網絡能耗，其延長網絡生命周期并保持網絡覆蓋率的能力仍有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有水下無線傳感器網絡鏈路技術存在的不足，提供了一種水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法。

本發明所述水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、在待監測區域隨機布撒節點；

步驟二、令步驟一中的節點按以下原則休眠：將待監測區域以間隔均等的距離取點，再計算每個傳感節點的覆蓋冗余度，并休眠冗余度較高的節點；

步驟三、對步驟二休眠冗余節點后的網絡進行分簇：以網絡覆蓋率和能耗標準差為目標函數、采用基于分解技術的多目標算法優化并獲取一組非支配解，采用TOPSIS法從該組非支配解中選出一個最優解作為分簇方式，并計算分簇后網絡工作到有節點死亡時的網絡生命周期、網絡覆蓋率以及各節點的剩余能量；