[发明专利]无线传感器网络能耗均衡覆盖调度及路由跨层设计方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络覆盖中冗余节点的判定方法，其特征是：

1.1)非边界节点的冗余判断的步骤：

(1)对任一个节点v，其感知范围是以节点为中心，R_s为半径的圆形区域；求出节点v感知区域的圆边界与v的邻居节点的感知圆的交点集合B(v)，如果B(v)为空集，则节点v不是冗余节点，不可休眠；若B(v)不为空集并且所有节点被节点v的相邻节点的感知区域所覆盖，则进入(2)；若未被覆盖，则v不是冗余节点；

(2)求节点v感知区域内的v的邻居节点的感知圆边界的交点的集合I(v)，判断I(v)中的节点是否均被节点v的相邻节点的感知区域所覆盖，若被覆盖，则节点v是冗余节点，可以进行休眠；否则不是冗余节点；

1.2)边界节点的冗余判断步骤：

(1)求节点v的感知圆边界与监测区域边界的交点集合E(v)，判断E(v)中的所有节点是否被节点v的相邻节点的感知区域所覆盖，若被覆盖，则进入(2)；否则，v不是冗余节点；

(2)求B(v)，若B(v)为空集，则v不是冗余节点；若B(v)不为空集，判断B(v)中所有位于监测区域内部的节点是否被v的邻居节点的感知区域所覆盖，若被覆盖，则进入(3)；否则，v不是冗余节点；

(3)求I(v)，判断I(v)中所有位于监测区域内部的节点是否被v的邻居节点的感知区域所覆盖，若被覆盖，则节点v为冗余节点，可以进行休眠；否则，不是冗余节点。

2.基于节点能耗速率的无线传感器网络覆盖调度方法，其特征是：

2.1)节点对自身到Sink点的跳数进行测量，跳数相同的节点称为同一层次的节点：

(1)Sink点设置自己的跳数为0，并以节点的通信半径R_c为半径广播测量消息；

(2)收到测量消息的节点延迟随机时间△(t)后，比较收到消息中的跳数h_j其中j为收到的消息编号，设置自己的跳数为min(h_j)+1，这些节点再以R_c为半径广播消息，直到所有节点都完成了测量；所有节点的跳数置为h_i，其中i＝1,2,…,n，跳数相同的节点的层次相同；

2.2)节点集V中所有节点初始为Ready-on-duty状态，初始化自身的能耗速率sv＝0，其中v＝1,2,3…；在随机时间T_backoff后进行邻居发现，包括邻居的ID，位置，剩余能量和所在的层数；所有节点初始化能耗速率为0；

2.3)采用权利要求1提供的冗余节点判断方法，满足休眠条件的节点进入Ready-off-duty状态；不满足的直接进入On-duty状态；

2.4)On-duty状态的节点组成最小节点覆盖集：

(1)所有Ready-off-duty状态的节点退避τ_v＝((1-β)×E_v/E_m+β×rand(1)×T_c)时间后，广播Sleep信令，之后进入Withdraw状态；其中E_v是自身的剩余能量，E_m是邻居剩余能量的最大值，β取[0,1]之间的常数，T_c是冗余判定的总时间，rand(1)是[0,1]区间均匀分布的随机数；

(2)若在广播Sleep消息之前收到Sleep消息，则更新邻居节点表，删除Withdraw状态的邻居节点，返回2.3)；

(3)经过多次循环，所有On-duty状态的节点组成最小节点覆盖集C₀；

2.5)预测能耗速率，激活额外节点：

(1)所有On-duty状态的节点预测自身加入覆盖集后的能耗速率值其中v∈C₀，n为与节点v同一层次的能耗速率不为0的邻居节点以及节点v总的节点个数，s_i为与节点v同一层次邻居节点的能耗速率值以及节点v自身上一轮的能耗速率值，且s_i≠0；

(2)如果所有的s_i＝0，则不执行计算；然后，节点预测自身的生存时间t_v＝E_v/s_v，其中E_v是节点的剩余能量；

如果t_v<t_th，t_th为预先设定的阈值，则广播Wake信令；Wake信令包含与自身处在同一层且剩余能量最大的邻居节点的ID号；

处于Withdraw状态的节点收到信令后，检查信令中的ID号与自身ID号是否相等，

若相等，则从Withdraw状态进入On-duty状态；

若不相等，则进入Off-duty状态；

(3)所有的On-duty状态节点构成非最小节点覆盖集C，并且新加入的额外节点只负责转发数据，不负责收集数据，以节省能量。

3.结合权利要求2覆盖算法的跨层路由设计方法，其特征是：

3.1)在非最小节点覆盖集上运行路由协议；

3.2)当覆盖集中任一个节点的能量消耗完时，所有On-duty状态的节点通过计算更新自身的能耗速率值，所有Off-duty状态的节点把自身的能耗速率值置为0，同时更新处于Ready-on-duty状态的节点集V，转入权利要求2中的2.2)步，并依次执行后续步骤，直到权利要求2中的步骤执行完毕，再进入权利要求3中的3.1)步；

3.3)循环执行3.1)和3.2)，直到找不到一组节点能够完全覆盖监测区域时，网络寿命终止。