[发明专利]一种针对目标检测的无线传感器网络分布式分簇和休眠调度方法

权利要求书

1.一种针对目标检测的无线传感器网络分布式分簇和休眠调度方法，其特征在于：网络划分为簇状结构，网络中节点采用基于帧结构的休眠调度，节点采用同步的帧结构，每个簇有一个簇头节点，簇内其余节点为普通节点，簇内节点采用同步休眠调度，簇头节点根据其距离Sink节点的距离决定本簇在每个帧中的工作相位，簇内节点通过CSMA信道竞争方法向其簇头节点发送数据，簇头节点间建立到达sink节点的梯度，且根据梯度交错排序休眠调度，以时间序贯的方式传输数据到达sink节点，以期达到较低的端到端投递延迟；其中，网络按照以下步骤分簇：

·步骤1，Sink节点发送ClusterHeadIndication消息给自己的两跳邻居以通告自己成为簇头节点，该消息携带Sink节点ID，该消息迄今为止离开Sink节点的跳数距离，记做LEN且其初值为0，序列号SEQ且其初值为1，每次Sink节点发起广播一个新的ClusterHeadIndication消息，该消息携带的SEQ加1；

·步骤2，每个节点i收到ClusterHeadIndication消息后，若该消息的SEQ值不小于本地记录的SEQ值或本地没有相关记录，则检测邻居的情况，若发送给自己ClusterHeadIndication消息的节点为簇头节点、并且其直接邻居中存在不与任何簇头节点直接相邻的节点，那么该节点设置一个计时器，其长度为Ti＝Tc×[1-(min{Lij}×Ei)/(R×E)]，其中Tc为计时器的最大长度，Lij为节点i和节点j之间的距离且计算过程中要求节点j必须是节点i的邻居节点且为簇头节点，Ei为节点i的剩余能量，R是节点的最大通信距离，E为节点的初始能量；否则不执行任何动作；Ti的选取可以保障簇头节点的剩余能量较大、且簇头之间的距离尽可能的大，从而使网络簇头节点尽量少、网络边缘节点到达sink节点的跳数距离尽可能的小；

·步骤3：若计时器超时，节点i选择自己为簇头，本地记录LEN和SEQ信息，并向两跳邻居范围内广播ClusterHeadIndication消息以通告自己成为簇头节点这一事件，所述ClusterHeadIndication消息中携带节点i的ID，以及从Sink到当前节点的跳数距离LEN、SEQ值；若未超时前收到其他簇头的ClusterHeadIndication消息则重复步骤2；

·步骤4：每个非簇头节点根据梯度最小或随机的原则选择一个邻居簇头节点作为自己的簇头节点。

2.根据权利要求1所述的针对目标检测的无线传感器网络分布式分簇和休眠调度方法，其特征在于，所述分簇方法，每隔Y时间，Sink节点重新启动分簇过程，首先，Sink节点向网络中洪泛一个信令以通知网络中的节点保持清醒状态以准备重新分簇，直到分簇和梯度重新建立完毕，每个簇头节点接收到该信令后通知其簇内普通节点保持清醒状态，之后网络根据权利要求1的步骤重新分簇。

3.根据权利要求1-2之一所述的针对目标检测的无线传感器网络分布式分簇和休眠调度方法，其特征在于，基于分簇的梯度建立方法为：ClusterHeadIndication消息携带迄今为止其离开Sink节点的跳数距离LEN，初值为0，每个簇头节点接收到一条ClusterHeadIndication消息后，若该消息携带的序列号SEQ大于本地存储的序列号SEQ或首次接收到这样的消息，该簇头节点将ClusterHeadIndication消息中的LEN加1，本地记录该值、将发送ClusterHeadIndication消息的节点记录为自己到达Sink的下一跳节点、最后将该记录加入自己的ClusterHeadIndication消息然后转发该消息；否则若序列号相等且新消息携带的LEN值加1后小于本地记录的LEN值，则该簇头节点将新消息携带的LEN加1，本地记录更新后的LEN值，将发送给自己ClusterHeadIndication消息的节点记录为自己到Sink的下一跳节点。

4.根据权利要求3所述的针对目标检测的无线传感器网络分布式分簇和休眠调度方法，其特征在于，所述休眠调度方法是基于目标检测的，簇内节点休眠同步，簇间节点休眠时间采用交错排序，具体方法为：每个簇头节点根据其梯度信息depth，确定自己和本簇内所有节点的在一帧内的相位为-depth×T，簇内所有节点从该相位开始持续工作T时间，其中T是网络参数，设T等于x乘以DATA，x是应用要求的判断阈值，该阈值大于等于1，DATA是发送一个数据包所需的平均时间；当有x个节点检测并汇报某目标事件，则可判定该事件的实际发生；当检测到目标事件发生时，节点通过CSMA竞争信道向自己的簇头节点发送数据；当某一节点听到已经有x个邻居节点汇报该目标事件的发生后则放弃本节点的数据包，簇头节点接收到多个数据包后进行数据融合并在其下一跳簇头节点的工作时间将融合后的数据传递给该下一跳节点，接收到该数据的簇头节点继续向自己的下一跳簇头节点转发，直到数据传输给sink节点。