[发明专利]采用多重交点覆盖判别的无线传感器网络覆盖控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络覆盖控制方法，更特别地说，是指一种采用多重交点覆盖判别方法来判断网络中的冗余节点，从而实现对无线传感器网络进行分布式节点动态休眠控制的覆盖控制方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)就是由部署在监测区域内大量的无线传感器组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统(参见图1所示)，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给使用者。每个无线传感器在无线传感器网络中称作一个节点，与该节点能够联通的节点称作该节点的邻居节点。每个节点一般具有两种状态，一是工作状态(也称活跃状态)，二是休眠状态。

在无线传感器网络的监测应用中，目标一般随时随地出现，且可能具有一定的移动性，因此，无线传感器网络需要对监测区域N_L×M(该监测区域N_L×M是以边长为L、M的矩形区域，边长L、M可以是10m～1000m的距离)保持一定的覆盖质量(该覆盖质量包含有覆盖度K、节点密度、覆盖算法的通讯开销、覆盖算法的存储开销、覆盖算法的功耗、覆盖与连通的关联等相关内容)才能及时的捕捉到目标的状态及其变化。每个节点的传感区域d(O，r)一般被抽象为以自身为圆心O、传感半径为r(该传感半径r可以是10m～100m的距离)的圆盘(参见图2所示)。一个传感器节点N_i的传感区域记为D(N_i)＝{p(x，y)|p(x，y)∈A∧(x-x_i)²+(y-y_i)²≤r²}，简称为节点N_i的传感区域；节点N_i的传感区域边界为Db(N_i)＝{p(x，y)|p(x，y)∈A∧(x-x_i)²+(y-y_i)²＝r²}。监测区域N_L×M的内的任意点，记为p(x，y)。

覆盖度K是指在监测区域N_L×M内任意一个目标最少被K个节点的传感区域d(O，r)覆盖，则称为该监测区域的网络覆盖度为K，简称为覆盖度K。覆盖度K通常作为衡量网络监测功能的服务质量，覆盖度K越高，说明监测区域N_L×L被覆盖的效果越好。

无线传感器网络的随机部署方式导致节点的分布是不均匀的，多个节点的传感区域往往会产生重叠覆盖区域(参见图2所示，图中有带斜线区域)，使得部分传感区域的覆盖度K过高，导致无线传感器网络中设置的无线传感器出现冗余性，造成无线传感器网络的建设成本增加。反之，多个节点的传感区域互相不相交或相距一定距离则会遗漏目标现象(也称欠覆盖盲点)，达不到对监测区域N_L×M进行监测的目的。

在实际应用中，为了达到对监测区域监测的目的，很多无线传感器网络都采用随机部署的方式且传感器节点分布较密集，相邻节点的覆盖区域会互相重叠，从而导致冗余节点的产生。在一定的覆盖度要求K下，若一个节点的传感区域中的每个点均被其余K个邻居节点的传感区域覆盖，则说明该节点是冗余节点。因此，在实际应用中，由于节点能源受限，依靠所有节点均全勤工作来提高覆盖度的方法是不切实际的。所以，无线传感器网络研究中的一个重要问题就是：如何控制传感器节点的状态，让冗余节点进入休眠状态，以保证在较少传感器节点工作情况下却能维护较高的覆盖质量。

一般来说，当节点进入休眠状态时功耗最低，因此通过合理组织网络中节点的状态，令冗余节点进入低功耗的睡眠状态，降低网络中活动节点的密度，从而降低整个网络能量消耗，以延长网络生存时间，此称为节点调度机制，也称为覆盖控制协议。

对节点调度的一个基本要求就是在关闭部分节点后不能降低网络覆盖质量，即剩余的活跃节点必须能够维持网络覆盖度，不能出现欠覆盖盲点，并使处于活动状态的节点数最小化。在覆盖控制协议中，如何判断一个节点的监测区域是否被其邻居节点完全覆盖是法则的关键，即冗余节点休眠判别问题。