[发明专利]一种基于延迟启动的无线传感器网络局部区域覆盖算法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络覆盖控制技术领域，具体涉及一种基于延迟启动的无线传感器网络局部区域覆盖方法。

背景技术

由于单个节点的感知能力有限，如何有效、合理的组织节点间的协作，实现人们希望的感知需求的技术称为无线传感器网络覆盖技术。它是无线传感器网络的基础技术，直接反映了无线传感器网络对环境的感知服务质量。同时，由于传感器节点的能量有限，提高感知服务质量和延长网络生存时间是无线传感器网络覆盖控制技术设计的关键。

针对野外场景，特别是沙漠、战场等特殊环境，人们往往无法实现确定性部署。因此，目前的区域覆盖控制算法往往采用在指定区域随机均匀布撒大量冗余节点的方式进行初始部署。同时，利用休眠调度等节能机制，在保持原有目标区域覆盖度的同时，尽量延长网络的生存时间。按照其实施策略，可分为集中式算法和局部区域覆盖算法。

集中式算法的覆盖决策判断往往集中在某个特定的节点(如基站或者某个特殊类型的节点)上进行，由该节点根据全网的拓扑信息，判断哪些节点休眠、那些节点处于活动状态。这就要求该节点必须有较高的计算能力、存储能力和通信能力。同时，网络节点的拓扑变化信息则需在整个网络中传输至特定节点，网络的通信负载较重，不仅影响到正常的数据通信，同时也会导致大量的能量浪费。因此，集中式控制算法不适合大规模网络、不利于网络的扩展。

局部区域覆盖算法要求覆盖决策在每个节点上进行，将节点工作周期分为两个阶段：覆盖决策阶段、数据传送阶段(正常工作阶段)，这类似于分簇Leach协议的分轮工作机制。覆盖决策阶段在每轮开始时进行，各节点会根据邻居节点提供的拓扑信息，判断自身状态是休眠还是活跃状态，由此完成整个网络的覆盖控制。覆盖决策阶段完成后，开始正常的数据传送。每轮决策的活跃节点集不同，导致了网络拓扑的动态变化。由于协议仅需邻居拓扑信息，通信量少、计算量低，同时，覆盖控制引起的通信仅在节点周围进行，对远处节点无影响。因此，能适用于任何密度、规模的网络，具有较好的可扩展性。

由此可看到，局部覆盖决策算法要优于集中式覆盖算法，更能适合实际环境的应用需求，因此，正逐渐引起人们的广泛关注。

目前已知局部区域覆盖决策算法，虽然能在保证用户感知需求的情况下延长网络的生命周期。但是，或者仍存在覆盖空洞现象、无法保证区域的全覆盖；或者存在蚕食现象，导致每轮的活跃节点数过多，相对缩短了网络的生命周期。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用分轮机制与圆交叉点覆盖规则保证区域的全覆盖，利用延迟启动机制减少蚕食现象的发生，以延长网络生命周期的基于延迟启动的无线传感器网络局部区域覆盖方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在活跃节点集的选取时机上，采用分轮机制，在每轮开始时动态选择活跃节点集，节点随机唤醒，首先判断是否发生延时，延时出现时，重新休眠；否则的话，根据基于圆交叉点覆盖判测算法，判断自身将要转换的状态：活跃状态、或休眠状态，再利用延迟启动机制，基于距离阈值实现活跃节点首轮筛选，然后再根据圆交叉点规则进行节点的最终状态确定；

其具体过程如下：采用分轮机制，将网络的整个运行阶段划分成M个时间段，每个时间段为一“轮”，其中，M有最小值K，K代表区域内所有节点可以划分的最大节点集数，每个节点集均可以覆盖整个区域，当M取最小值K时，每轮的长度为单个节点的生存时间，M值越大，各轮初始的活跃节点集选取造成的开销就越多，因此，需要在网络节点能量均衡与总开销之间寻求合适的M值。在每轮初始阶段，选取能够联合覆盖整个区域的节点组成一个活跃节点集，其他的节点则处于休眠状态，该初始阶段称为活跃节点集选取阶段，活跃节点在该轮的剩余时间内执行数据监测、通信工作，该阶段称为工作阶段，工作阶段的时间远大于活跃节点集选取阶段，每轮进行一次活跃节点集的选取，使区域内节点能量分布尽量均匀，充分利用所有节点。

本发明的活跃节点集选取方式采用基于圆交叉点覆盖决策方式，节点首先接收活跃邻居节点发送的状态信息，然后利用圆交叉点覆盖判测规则，判断自身感知区域是否被已有的活跃邻居节点覆盖，未被完全覆盖时，将自身状态设置为活跃状态；否则，该节点可被其邻居节点代替，不需工作，将进入休眠状态。由于仅接收活跃状态的信息，减少了网内的通信量，同时也再次避免了覆盖空洞现象。