[发明专利]一种传感器网络三维覆盖控制方法

摘要

本发明涉及一种传感器网络三维覆盖控制方法。目前的覆盖方法中一般不对休眠节点进行处理，或直接采用轮流活跃/休眠状态转换，均不能达到较高的网络性能。本发明是在监测区域中，在满足分布密度要求条件下随机设置多个传感器节点，使冗余节点处于休眠状态，等待活跃节点能量耗尽之后，对处于休眠状态的节点实行分阶段唤醒策略，确定任何节点在某一时刻的状态，直至整个传感器网络中所有节点的能量都耗尽为止。采用本发明方法，可以均衡网络能耗，提高网络性能，且在三维监测区域布置相同数目的传感器节点，分阶段唤醒策略优于不分阶段的唤醒策略，先使冗余节点休眠之后再唤醒的方法比直接轮流唤醒方法的网络性能要高。

主权项

1、一种传感器网络三维覆盖控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)对监测区域用正方体建模，确定监测区域的三维坐标系；在监测区域中，在满足分布密度要求条件下随机设置多个传感器节点，确定每个传感器节点的x、y、z轴三维坐标；(2)对分布于监测区域中的传感器节点，从整体网络的冗余性考虑，按照传感器节点对网络覆盖的贡献大小，使冗余节点处于休眠状态，处于活跃状态的节点用来完成当前的网络覆盖任务；(3)步骤(2)中处于活跃状态的节点能量耗尽之后，对处于休眠状态的节点实行分阶段唤醒策略，确定任何节点在某一时刻的状态，直至整个传感器网络中所有节点的能量都耗尽为止；步骤(2)中使冗余节点处于休眠状态的方法如下：(21)假设每个传感器都处于活跃状态；(22)按照传感器感知模型计算每个网格点的合作感知强度，并计算初始的网络覆盖；如果某网格点位于多个传感器节点的公共感知区域，则该网格点的合作感知强度为这些传感器节点在该网格点的感知强度之和；所述的网络覆盖为被覆盖的网格点数与在三维区域中总的网格点数之比；(23)对所有网格点，根据当前处于活跃状态的传感器节点，在传感器有效感知范围之内更新网格点的合作感知强度，判断每个传感器节点的决定参数，并计算每个节点对网络的感知贡献；所述的节点对网络的感知贡献为该节点对网络内的所有网格点的感知贡献之和；所述的节点对网络内的网格点的感知贡献为该节点对该网格点的感知强度与该网格点的合作感知强度之比；其中传感器有效感知范围由传感器感知模型决定；若某一传感器节点处于休眠状态后，在其有效感知范围内的所有网格点的合作感知强度都大于某一阈值，则其决定参数为1，表示该传感器节点可以处于休眠状态；(24)如果网络中存在决定参数为1的传感器节点，则从中选取对网络的感知贡献最小的节点，使其处于休眠状态，将该节点的感知强度设为0，更新网络覆盖；每次循环选取一个传感器节点实施休眠，直到网络中没有决定参数为1的传感器节点为止；步骤(3)中对处于休眠状态的节点实行分阶段唤醒策略的方法如下：(31)假设每个节点均处于休眠状态；(32)将每个传感器节点的寿命T分为N个阶段，定义一个能量向量E，其元素代表每个节点的剩余能量，并初始化为E[N…N]，即每个传感器节点的剩余能量初始化为N；(33)在每个时间阶段T/N中，循环唤醒传感器节点，每次循环中随机地使一个传感器节点处于活跃状态，该节点保证其对网络覆盖有贡献且在这个时间阶段中没有被重复置为活跃状态，能量向量中对应于该节点的元素E(i)减1，更新网络覆盖；循环终止条件是达到了初始网络覆盖，或者是所有节点都处于活跃状态；(34)等待上一阶段时间完毕后，令每个节点的状态都为休眠状态，进入下一个时间阶段，重复步骤(33)，循环直至每个传感器节点的能量都耗尽为止。