[发明专利]无线传感器网络中基于独占区域的连通支配集构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中EACDS (Exclusive Area based Connected Dominating Sets，基于独占区域的连通支配集)构造方法，属于计算机通信网络领域。

背景技术

无线传感器网络是由大量自治节点通过多跳通信方式构建形成的自组织网络，具有大规模、自组织、随机部署、环境复杂等特点，其节点由电池供电，能量有限，数量多且不易更换。由于通信范围受限、电池供电能量有限和较高的容错性能要求，传感器网络大多需要依赖于中间节点转发和接收消息。大量中间节点参与转发数据容易导致严重的数据冗余、传输冲突和碰撞问题，出现类似广播风暴的问题。作为一种特殊的分簇形式，虚拟骨干网在传感器网络中能够获得良好的节能效果和路由执行效率。构造虚拟骨干网的重要手段就是CDS (connected domination set, 连通支配集)，网络中的任意节点与支配节点之间最多相继一跳。MCDS (Minimum CDS , 最小连通支配集)的求解已经被证明是NP完全问题，一般采用启发式方法求解近似值。基于CDS的节能路由方法能否获得良好的效率，直接依赖于CDS的规模以及生成、维护CDS的开销。在固定的网络拓扑中，通常希望在不损失网络功能、可靠性和效率的同时获得规模尽可能小的 CDS。

现有的连通支配集求解算法将基于局部邻居信息的优化广播算法进一步细分为邻居指定和自裁减两种策略。在邻居指定策略中，节点的是否成为转发节点是由其邻居节点决定的，通常是源节点选择一跳邻居的一个子集来覆盖其二跳邻居节点。采用自裁减广播策略时,节点根据邻居节点的连接状况和优先级来自主决定是否成为转发节点。MPR和增强版本EMPR就是基于邻居节点指定策略的典型算法，算法提供了一种局部化且有效的方式，通过节点在两跳内邻居信息构建自身的中继转发节点集合，从而在整个网络中形成连通支配集。L.Qu, S. Ahmet等提出的LCF算法是基于自裁剪策略的，利用节点局部拓扑信息作为参考依据，构造出较小的CDS，减小支配选择的节点的盲目性。孙超、尹荣荣等提出了基于能量代价的连通支配集拓扑控制算法，构建耗能较小的连通支配集拓扑，从而延长网络生命周期。

通过研究发现，现有的几种算法也存在一些问题，大多数算法只考虑连通支配集合的规模大小，而忽略支配节点的分布情况，使得支配节点分布存在着不均匀性，不利于整个网络的负载均衡；现有算法未区分节点分布密集程度，没有考虑节点密度不同的区域，支配节点发挥的作用也不相同的问题。此外，大多数算法的支配节点选择依据较为单一，综合考虑拓扑、能量等因素更能体现网络的负载均衡效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有求解连通支配集算法的缺陷，提出一种基于独占区域的连通支配集算法（EACDS），每个节点基于独占覆盖和延时等待规则，在各自的独占区域内控制支配节点的数目，从而降低了连通支配集的规模，同时综合考虑节点的剩余能量值，使得支配节点的分布在整个网络拓扑中更加均匀，均衡网络负载，延长了网络生存周期。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无线传感器网络中基于独占区域的连通支配集构造方法，具体包括如下步骤：

步骤1）、计算每个节点成为支配节点的优先级的优先权值：

              (1)

在公式(1)中，N代表节点v所在的网络拓扑中所有节点的个数，|N₁(v)|表示节点v一跳邻居节点的个数，N₁(v)表示节点v一跳邻居节点的集合，d_vj表示节点v到任意一跳范围内邻居节点j的距离，Er(v)表示节点v的剩余能量值，且Er(v) > E_thres；其中E_thres代表支配节点的能量阈值，其大小需满足一轮时间内节点通信的能耗需求；W₁、W₂为权重，其参数值根据具体应用场景进行调整；

根据公式(1)计算Gateway(v)值，得到决定每个节点成为支配节点的优先级的依据；