[發明專利]基于集群劃分的水下無線傳感器網絡覆蓋漏洞修復算法

有效

• 申請號: 201811523945.6
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109640333B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張文波;譚小波;張林叢;付立冬;魏宣任
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W24/04;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

基于集群劃分的水下無線傳感器網絡覆蓋漏洞修復算法，包括下述內容：運用三維密集網絡的拓撲模型，將整個三維空間劃分為多個相同的虛擬組成單元；通過建立覆蓋矩陣和分割單元之間的映射尋找失效節點及漏洞邊緣節點，分析漏洞邊緣節點感知半徑和距離分割單元中心長度之間的關系對漏洞進行檢測；選擇關鍵位置和補充節點位置。基于以上信息和集群休眠調度算法的相關定義，通過漏洞檢測、確定補充節點、找尋喚醒新的補充節點直到成功、移動被喚醒節點來實現覆蓋漏洞修復，從而實現網絡的高覆蓋、高連通和低能耗。

技術領域

本發明屬于水下無線傳感器網絡拓撲控制技術，具體涉及一種基于集群劃分的水下無線傳感器網絡覆蓋漏洞修復算法。

背景技術

水資源是人類賴以生存和發展的不可缺少的寶貴財富，地球表面72％的面積都被河流、湖泊和海洋等各類水體覆蓋，因此如何合理地開發水下資源，減少對陸地資源的依賴，就成為人與自然可持續發展的重要手段之一。水下傳感器網絡(UWSNs)在海洋監測和資源發現等方面具有廣闊的應用前景，可以有效地采集到水溫、水壓、水流方向、海底地形以及海底礦藏等數據，因此，UWSNs已成為當前研究的熱點。但是在水下環境中，節點能量有限且很難更換電池，若是節點能量耗盡將會造成網絡覆蓋漏洞，甚至出現局部網絡癱瘓，大大影響網絡性能。因此設計一種高覆蓋、高連通、低能耗的水下無線傳感器網絡拓撲控制算法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供了一種對水下傳感器網絡具有較好漏洞修復性能，同時能保持較高的網絡覆蓋率和較低的網絡能耗的一種基于集群劃分的水下無線傳感器網絡覆蓋漏洞修復算法。

基于集群劃分的水下無線傳感器網絡覆蓋漏洞修復算法，包括以下步驟：

步驟1：運用三維密集網絡的拓撲模型，將整個三維空間劃分為多個相同的虛擬組成單元，保證每一個分割單元內都存在一個可以正常工作的傳感器節點，就可以確定整個傳感器網絡是高度覆蓋的。

步驟2：漏洞檢測。進行相關定義并通過建立分割單元和覆蓋矩陣之間的映射，尋找出現的某些分割單元內存在失效節點，假設集群中可能出現覆蓋漏洞，再依據漏洞邊緣節點感知半徑的關系和距離分割單元中心長度確定是否真的存在覆蓋漏洞；

步驟2.1：相關定義

定義1：覆蓋率C_r：傳感器網絡的覆蓋率是指傳感器節點感知范圍V₁,V₂,…,V_n的交集與監控區域體積V_A的比值，即

定義2：分割單元：目標三維區域A可以被分割為若干個相同的多面體P_olytope，則本發明中將立方體作為分割單元；

定義3：集群：立方體分割單元與其26個一級物理鄰接單元組成的立方體稱為集群；

定義4：節點編號ID₀：使用節點在監控區域的三維坐標系中的坐標(x,y,z)作為節點的編號，記為ID_o＝(x,y,z)；

定義5：分割單元編號ID₁：每一個分割單元設置一個唯一的身份標識號碼，即分割單元編號ID₁＝(i,j,k)，其中i代表分割單元所處的行數，j代表分割單元所處的列數，k代表分割單元所處的層數；所以每一個編號為(i,j,k)的分割立方體的坐標范圍為：

因此，節點可以通過ID₀得到所在分割單元的編號：

定義6：集群編號ID₂：每一個集群設置一個唯一的身份標識號碼，即集群編號ID₂＝(a,b,c)；則該集群的坐標范圍為：