[发明专利]一种基于移动节点的无线传感执行网络覆盖方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感执行网络技术和智能计算两大领域，具体涉及一种基于移动节点的无线传感执行网络覆盖方法。

背景技术

无线传感执行网络的组网方式介于机器人网络和静态无线传感器网络之间，一部分节点是具有信息采集能力的传感器节点，另外的节点是具有信息汇聚和中继、信息融合、信息解释执行等能力的执行节点，这种由不对等节点组成的网络更适用于实际的应用环境，在网络能力和代价之间取得权衡。

自无线传感执行网络的概念提出以来[1]，相关技术多拟照传统传感器网络的应用环境，针对静态环境下无线传感执行网络的通信和协作方式。然而，对于空间监视巡航、环境污染控制、应急安全处理等多方面的迫切应用需求，多类传感信息平台往往在大尺度空间进行分布，并且信息数量和采集地点随时间而改变，所形成的“传感信息簇”相隔甚远或者由于基础通信设施损坏无法覆盖整个信息空间，而相应应用往往需要综合多个“传感信息簇”的信息从而作出决策和执行相应的命令，因此，传感执行网络需要利用能力强的执行节点满足动态的网络互联需求。该类网络具有承载业务对网络传输可靠性和实时性要求高、执行节点可移动和节点非对称的特点。

执行节点的移动性和强大计算能力有利于动态环境下互联“传感信息簇”，但针对大尺度空间信息分布的相关应用，仍然存在以下难点：

（1）难以形成稳定的网络互联骨干。传感信息分布不均匀，并且动态变化，很难形成类似最小支配集的稳定的互联骨干，因此需要网络具有自组装的能力。

（2）难以在各节点上规划全局一致的互联拓扑。执行节点感知信息受限，不可能获取所有“传感信息簇”的全部精确信息，因而不能效法因特网中的互联方式，难以在互联节点上进行全局一致的网络拓扑规划，只能依靠各执行节点的分布式智能获得相应的网络互联结构。

国外研究者陆续针对无线传感执行网络的协作机制、通信协议、QoS保证、信息解析等多方面开展研究，取得了一系列研究成果。国内不少高校和研究所也对无线传感执行网络展开了研究：国防科技大学并行与分布式国家重点实验室率先开始对无线传感反应网络进行研究；浙江大学网络传感与控制研究组重点研究了无线传感执行网络的分布式协调控制；复旦大学钟亦平教授领导的研究小组主要针对无线传感执行网络的密钥管理展开探索；西安电子科技大学应用数学系的冯海林副教授则对无线传感执行网络的容错拓扑控制机制进行理论研究。

目前，有关无线传感执行网络覆盖的研究主要集中在以下来两个方面：

（1）执行节点的有效部署——在网络连通的情况下获得最大化的覆盖范围。KemalAkkaya[2]等人在考虑最大化覆盖面积和最小化延迟双重目标下，提出了先部署执行节点形成簇，后调整其位置最小化延迟的经典策略；后又考虑节点移动性，在此基础上提出了一种分布式的部署方法，以在保持连接的情况下最大化覆盖面积[3]。Ka.Selvaradjou在能量、资源、实时性约束的环境下，以最小化执行节点的移动距离为目标，采用混合整数非线性规划，解决事件分配问题，使所有事件可以被相应执行节点收集[4]。Krishnakumar则在其论文[5]中讨论了在稀疏网络中，如何规划一个执行节点的移动路线，变相互联网络中的传感节点。

（2）网络容错机制——网络失效时及时进行路径恢复。文献[6-7]考虑已被连接的传感执行网络，当关键割点失效时，以最小化移动距离为目标，通过分层次移动执行节点，替代失效的割点。文献[8]则针对机器人网络，在2连通网络的基础上，讨论失效后的执行节点的移动方法，使路径得到迅速恢复；文献[9]则讨论了该方法的具体分布式实现方式。

F.Senel和K.Akkaya[10-11]的方法与本发明类似，探讨网络分割情况下基于移动执行节点的无线传感执行网络的覆盖问题。但其研究单纯从簇内执行节点的最小支撑集部署和层次化移动角度出发，在稳定网络拓扑基础上考虑网络连通性问题，并没有考虑网络的冗余性和有效性。目前，无线传感执行网络技术从单纯的静态拓扑控制转向利用节点移动性保证网络的连通性，从集中式的网络规划转向利用分布式局部规划获得全局网络的连通。然而，无论是执行节点的有效部署还是网络容错机制，现有的技术都是单纯从拓扑连通性的角度出发，而未考虑到信息分布的不均匀和动态性，从而在实际应用中无法满足信息传输的可靠性和实时性需求。

相应参考文献：