一种无线传感器网络覆盖保持方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103338459A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103338459103338459A(43)申请公布日2013.10.02(21)申请号201310199339.4(22)申请日2013.05.24(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人王换招孟凡治孙亚娟(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人汪人和(51)Int.Cl.H04W16/18(2009.01)H04W52/02(2009.01)H04W84/18(2009.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书10页说明书10页附图5页附图5页(54)发明名称一种无线传感器网络覆盖保持方法(57)摘要本发明公开了一种无线传感器网络覆盖保持方法，该方法是一种基于概率计算方法进行节点冗余判断的无需节点位置信息，通过邻节点间协作进行能耗平衡的无线传感器网络覆盖保持方法；在无线传感器网络初始化之后，将其运行时间划分为若干轮次，每个轮次依次进行覆盖控制阶段和状态稳定阶段，当一个轮次结束后进行下一个轮次。本发明在计算节点冗余度和覆盖质量时采用概率方法，计算简单，而且无需节点的位置信息，不依赖节点精确位置信息，大大降低了网络的硬件成本，具有很大的应用价值。CN103338459ACN1038459ACN103338459A权利要求书1/3页1.一种无线传感器网络覆盖保持方法，其特征在于，包括以下操作：1）在无线传感器网络初始化之后，将其运行时间划分为若干轮次，每个轮次依次进行覆盖控制阶段和状态稳定阶段，当一个轮次结束后进行下一个轮次；2）一个轮次中，在覆盖控制阶段，选举K个节点作为候选工作节点，剩下没有被选上的节点直接进入睡眠状态，在K个候选工作节点中进行冗余节点调度，每个节点均设有一张感知邻居表，根据调度控制消息来维护感知邻居表，以记录节点的工作感知邻居集；节点首先统计各自的工作感知邻居数，然后再依据由概率计算方法得到的冗余判断准则，由工作感知邻居数判断自己是否为冗余节点，所有冗余节点将关闭自己的功能模块进入睡眠状态，当所有冗余节点都进入睡眠状态后覆盖控制阶段结束；3）覆盖控制阶段结束后进入状态稳定阶段，工作节点进行监测和通信，直到本轮次结束。2.如权利要求1所述的无线传感器网络覆盖保持方法，其特征在于，所述的K个节点的选取为：K值的选取大于保证应用要求覆盖质量ηd所需要的最少工作节点数k，在满足应用要求覆盖质量ηd的前提下，随机选取的最少工作节点数表示为：3.如权利要求2所述的无线传感器网络覆盖保持方法，其特征在于，依据能耗分布均匀策略选择个节点作为候选节点；所述的能耗分布均匀策略中K个候选工作节点的选取如下：在每一轮的自选举状态，每个传感器节点生成一个在[0,1]之间均匀分布的随机数Randi(1≤i≤N)，并计算自己在此轮中成为候选工作节点的阈值T(i)，比较随机数Randi与阈值T(i)的大小；若Randi≤T(i)，则节点作为候选工作节点继续停留在自选举状态；否则节点直接进入睡眠状态直到下一轮次到来；阈值T(i)的计算为：其中，r是当前轮数，N为网络中部署的总节点数，k为当前轮次工作节点数；V是在第轮到当前轮次都未工作过的节点集；个轮次为一个循环。4.如权利要求2或3所述的无线传感器网络覆盖保持方法，其特征在于，当节点在一个循环的某个轮次工作过，在其后的若干轮中将不再成为候选工作节点，直到该循环结束后，该节点才会有机会再次成为候选工作节点。5.如权利要求1所述的无线传感器网络覆盖保持方法，其特征在于，在候选工作节点中进行的冗余节点调度为：2CN103338459A权利要求书2/3页每个候选工作节点以概率P选举自己进入预工作状态，没有选举成功的候选工作节点进入预睡眠状态；进入预工作状态的节点在[0,T1]内随机选择一个时间t1作为自己停留在预工作状态的时间，并广播一个HELLO消息，告诉邻居节点自己已经进入预工作状态，所有未进入睡眠状态的节点收到HELLO消息后将更新自己的感知邻居表；处于预工作状态的节点一直处于该状态，直到t1期满节点检查自己的工作感知邻居数与预工作邻居数之和是否满足冗余判断条件，若满足，则节点进入退避状态；否则进入工作状态；进入预睡眠状态t2时间后，节点检查自己是否满足冗余判断条件，若是，则进入睡眠状态，否则进入预工作状态；进入退避状态的节点在[0,T3]之间随机选取时间t3作为它停留在退避状态的时间，当t3期满时，节点再次判断自己的工作感知邻居数与预工作邻居数之和是否满足冗余判断条件，若满足，则节点广播一个SLEEP消息告诉其邻居自己将要睡眠，接着进入睡眠状态，所有未进入睡眠状态的节点收到SLEEP消息后将更新自