[发明专利]WSN中的一种流水式栅栏调度算法实现方法

权利要求书

1.无线传感网络WSN中一种流水式栅栏调度算法实现方法，包括以下步骤：

步骤1：将栅栏均匀分割为若干子栅栏；具体包括：

11)将栅栏分割；将栅栏均匀分割为α条子栅栏；同一时刻只有唯一子栅栏处于工作状态，其他处于休眠状态；

12)L表示栅栏长度，将其均分为α段，每段长度为L/α，以其最左端传感器节点为原点，建立一维坐标系，根据分割子栅栏的数量、横坐标和栅栏的长度，给传感器节点分配其所属的子栅栏编号(S1、S2……Sα)；由服务器控制子栅栏的循环激活调度，并且发送激活或休眠命令，进而控制其工作状态；

步骤2：将子栅栏循环激活，形成一种流水式工作状态；具体包括：

21)激活Sub1子栅栏，运行t时间后进入休眠状态，当Sub1进入休眠状态后，激活Sub2，同样运行时间t后进入休眠状态，然后按顺序轮流调度，直到所有子栅栏都激活工作一次，完成一次栅栏调度；最后按照上述方法开始新一轮的栅栏调度，直到所有子栅栏能量耗尽；

22)

式(3-1)中β为常数，T为节点总共运行的时间，当完成β次调度后节点能量刚好耗尽；

步骤3：通过被激活状态的子栅栏来检测试图通过栅栏的入侵者；具体包括：

31)设入侵者通过感知区域的速度为v，且角度θ和位置x都为随机；传感器节点位于0处；d(θ,x)表示入侵者通过感知区域时的最短感知距离，le(θ,x)表示节点感知范围内通过路径的长度；

32)由于θ∈[0,π]和x∈[-R,R]是相互独立的随机变量，且等概率，因此x的概率密度函数f(x)如式(4-1)所示，θ的概率密度函数g(θ)如式(4-2)所示；

式4-1中R表示节点感知半径；

33)最短感知距离如式(4-3)所示；

d(θ，x)＝|x|·sin(θ) (4-3)

式(4-3)中R为节点感知半径，0≤θ≤π，-R≤x≤R；

34)计算d(θ，x)的平均值d_avg，如式(4-4)所示，计算可得d_avg的值如式(4-5)所示；

d_avg＝∫∫_xθf(x)g(θ)d(θ，x)dθdx (4-4)

35)平均通过路径长度如式(4-6)所示；

式(4-6)中R为节点感知半径，0≤θ≤π，-R≤x≤R；

36)计算le(θ，x)的平均值le_avg，如式4-7所示，通过泰勒级数可求得le_avg的近似值如式(4-8)所示；

式(4-8)中R表示节点感知半径；

37)通过le_avg可计算入侵者的平均通过时间ct，如式(4-9)所示；

步骤4：验证入侵者检测率和栅栏生存时间；具体包括：

41)本发明实验场景中栅栏在概率感知模型下的检测率，概率感知模型如式(5-1)所示；

式(5-1)中d(i,j)为节点i与入侵者j之间的距离，m是个可调的参数；

42)入侵者被栅栏检测到可分为二种情况：一、在未被激活的栅栏处试图通过，但子栅栏在其通过感知范围前被激活了；二、直接被处于工作状态的子栅栏检测到；

43)入第一种情况的栅栏检测率p1如式(5-2)所示；

式(5-2)中α表示子栅栏的数量，davg如式(4-5)所示；

第二种情况的栅栏检测率p2如式(5-3)所示；

式(5-3)中ct表示入侵者通过感知区域的平均时间，β表示调度次数，α表示子栅栏的数量；n表示通过休眠子栅栏时能被检测到的休眠子栅栏数量，n≤α；且式(5-3)需满足

综上所述，p1、p2之和即为整条栅栏的平均检测率P，如式(5-4)；

式(5-4)中且α为整数，表示栅栏总长度，n与式(4-8)中相同；

从式(5-4)可以看出当α值越小时，表示子栅栏的数量越少，其长度则越长，对应检测率越大；β越大时，T/β越小，表示子栅栏状态切换的越快，因此能监测到入侵者的概率越大。