[发明专利]一种水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法

说明书

一种水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法，属于水下无线传感器网络领域，本发明为解决现有水下无线传感器网络链路技术存在的不足。本发明方法包括以下步骤：在待监测区域随机布撒节点；休眠覆盖冗余度较高的节点；对休眠冗余节点后的网络进行分簇：以网络覆盖率和能耗标准差为目标函数，采用基于分解技术的多目标算法优化并获取一组非支配解，采用TOPSIS法从该组非支配解中选出一个较优解作为分簇方式；若监测到某个节点死亡，唤醒该死亡节点周边的休眠节点，再按休眠原则令被唤醒节点中的冗余节点休眠；重复执行上述步骤，直至节点无法连接到基站。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络领域，具体涉及一种水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法。

背景技术

由于人们对海洋探索需求的不断增大，水下无线传感器网络(UnderwaterWireless Sensor Networks,UWSNs)目前广泛应用在水下辅助导航、水下资源探测、水下环境监测、等领域，已经成为目前的研究热点之一。

然而，由于水下传感器自身携带能量有限，且较难更换或补充电源，因此延长网络工作时间并在此过程中保持网络的覆盖率是无线传感器网络的热点及难点问题之一。针对这一问题，陆地无线传感器网络主要通过节点休眠策略、设计分簇协议、采用多目标均衡优化的方式降低网络节点能耗，延长网络生命周期。但因为能耗模型与UWSNs差异较大且陆地无线传感器网络覆盖模型主要集中在二维平面上，这与处于三维空间的水下传感器网络的覆盖模型是不匹配的，所以不能将陆地传感器网络的研究成果直接应用于UWSNs上，因此亟待加大对UWSNs覆盖及延长网络寿命等方面的研究力度。

对此，Latif等人采用异构的方式通过引入可移动节点弥补网络中出现的覆盖空洞并延长网络寿命，但水下环境较复杂，节点移动的精确性有待提高且移动节点将耗费较大能量。洪昌建等人采用动态分层机制周期性的对网络节点进行分簇，该算法虽然能在一定程度上延长网络生命周期，但没有考虑节点死亡对网络覆盖率的影响；Tsai等人提出的LEACH-Coverage-U算法是在陆地传感器网络LEACH算法的基础上，建立起的周期性选择簇头的算法，该算法虽能在一定程度上延长网络生命周期，但频繁的选择簇头会为网络带来较大的能量损耗，且该算法不能有效保证网络覆盖率；蒋鹏等人提出的基于分簇的水下传感器网络覆盖保持路由算法，与LEACH-Coverage-U相比能够在延长网络生命周期的同时，较好的保持了网络的覆盖率，但簇与簇之间、簇与SINK节点之间易出现不连通现象，进而导致局部网络中断，且靠近SINK节点的簇头节点负载较大，其寿命较短易过早死亡，进而影响整个网络的生命周期。蒋鹏等人提出一种分布式的网络不均匀分层的覆盖保持路由算法，即根据节点距离SINK节点的不同距离将网络分层以减小靠近SINK节点的节点通信能耗，并基于网络覆盖冗余度的方式选择簇头，该算法虽然能较好的延长网络寿命并保持网络覆盖率，但易出现簇头节点含有较多簇成员的情况，因此不能较好的均衡网络能耗，其延长网络生命周期并保持网络覆盖率的能力仍有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有水下无线传感器网络链路技术存在的不足，提供了一种水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法。

本发明所述水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在待监测区域随机布撒节点；

步骤二、令步骤一中的节点按以下原则休眠：将待监测区域以间隔均等的距离取点，再计算每个传感节点的覆盖冗余度，并休眠冗余度较高的节点；

步骤三、对步骤二休眠冗余节点后的网络进行分簇：以网络覆盖率和能耗标准差为目标函数、采用基于分解技术的多目标算法优化并获取一组非支配解，采用TOPSIS法从该组非支配解中选出一个最优解作为分簇方式，并计算分簇后网络工作到有节点死亡时的网络生命周期、网络覆盖率以及各节点的剩余能量；