[发明专利]一种新的水下无线传感器网络点覆盖控制方法

摘要

本发明涉及一种新的水下无线传感器网络点覆盖控制方法。本发明以节点深度调整作为切实可行的移动模式，首先各节点参照Sink节点与水面顶点的距离和监测水域的深度，确定自身深度；接着，各节点结合Sink节点与水底顶点的距离，参照最小和最大感知半径，确定自身感知半径；然后，各节点逐级增大通信半径，直至查询到深度更小的邻居节点，并从这些节点的集合中选择覆盖目标数最少者作为簇头；最后，簇头节点对簇内节点进行休眠和唤醒。相比于现有相关方法，本发明更加切实可行，且能对网络覆盖率、连通率、能耗大小和均衡、网络生存周期等指标实现综合优化。

主权项

一种新的水下无线传感器网络点覆盖控制方法，其特征在于该方法针对水下无线传感器网络点覆盖控制需求，首次以切实可行的节点深度调整为基础，能够实现对网络覆盖率、连通率、能耗大小与均衡、生存周期等指标的综合优化；该方法包括以下步骤：（1）对监测水域以立方体建模，Sink节点固定于水面中心，其余传感器节点首先均匀地部署于水面上，一定数目的待监测目标随机均匀地分布于三维监测水域内；各传感器节点根据自身与Sink节点的距离，并结合其余两个参考距离（即Sink节点与水面顶点的距离和监测水域的深度），确定自身下潜深度；距离Sink节点越近的节点下潜深度越小，反之越大；以此确保与Sink节点相距越近的区域节点密度越大，反之越小；由于各传感器节点均需通过单跳或多跳方式将所获取的监测信息发送至Sink节点，上述方法能有效缓解Sink节点附近区域中节点的信息转发压力，提高网络能耗均衡；（2）当完成步骤（1）中的初始深度调整后，各节点根据自身与Sink节点的距离，结合Sink节点与水底顶点的距离，参照实际环境及硬件条件下的节点最小和最大感知半径，设置自身感知半径；不同于常规的节点感知半径同构处理方式，该方法实质上对节点感知半径进行了异构处理，一方面能进一步提高网络覆盖率；另一方面能平衡网络中节点的感知与通信负载，使得越接近Sink节点的传感器节点感知负载越小，保留更多能量参与信息转发，提高网络能耗均衡；（3）当通过步骤（2）确定感知半径后，不同于常规的节点通信半径同构处理方式，该方法提出节点应以逐级增大通信半径方式查询到深度更小的邻居节点，并从深度更小的邻居节点集合中选择覆盖目标数最少者作为自身簇头节点（即信息转发的下一跳节点）；该方法实质上对节点通信半径亦进行了异构处理，一方面能在尽量减少通信干扰的前提下确保网络全连通；另一方面能尽量减少簇头节点的感知能耗，提高网络能耗均衡；（4）当通过步骤（3）完成网络分簇后，各簇头节点进行分布式地计算和调度，首先确定所管辖的簇内是否存在无效覆盖的节点；若存在，则簇头节点要求该类节点暂时进入休眠状态；随着网络逐轮运行，若某些簇内节点因能量耗尽即将死亡，簇头节点可直接唤醒休眠节点；与其余常规网络重构方法相比，该方法以局部范围内的节点间（指簇头和簇内节点间）直接通信即可完成网络拓扑重构，能够减少网络能耗，延缓网络覆盖性能的衰减，延长网络生存周期。