[发明专利]基于睡眠调度和覆盖补偿的覆盖保持方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及拓扑控制中的覆盖控制方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展而出现的。WSN是一种由成千上万的微传感器构成的具有动态拓扑结构的自组织网络,是集信息采集、信息传递、信息处理于一体的综合智能信息系统。

传感器网络拓扑控制技术是无线传感器网络研究的核心技术之一。通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC（Medium Access Control）协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。网络覆盖保持是传感器网络拓扑控制的主要研究问题。在实际中，由于传感器节点的能量有限，工作一段时间后就会出现节点生命期的结束。因此传感器监控区域会因为节点的死亡而成为不被监测的区域，并且可能会对整个监测区域构成潜在的威胁。在这种情况下，覆盖保持成为及其重要的技术。在现有的覆盖保持技术中，睡眠调度和覆盖补偿是覆盖保持技术的主流研究方向，其中睡眠调度是指调整节点的工作状态从而节省能量的消耗，覆盖补偿是指对于失去监测的区域重新进行监测。但目前已有的算法中还没有一种可以同时实现以上两方面的技术。

现在通常使用的睡眠调度算法有：非层次型网络的睡眠调度算法和层次型网络的睡眠调度算法，其中，非层次型网络的睡眠调度算法主要又包括两类：MSNL算法和不需要位置信息的LDAS算法，MSNL算法中的节点有3种状态：活动状态、睡眠状态、过渡状态，当节点处于过渡状态时，如果它发现的监测区域不能被其他活动状态或过渡状态的节点覆盖，它就立即转为活动状态，但是MSNL算法的局限在于需要精确的位置信息并且多个相邻的节点可能同时进入睡眠状态；LDAS基于部分冗余调度。但是其只适用于节点均匀分布的情况。层次型网络的睡眠调度算法主要是麻省理工学院的Heinzelman等人提出了一直被广泛引用的LEACH算法。LEACH算法中节点自决定是否为簇头节点，而非簇头节点决定自己属于哪一簇。但是LEACH算法不能保证簇头的均匀分配。

现在通常使用的覆盖补偿算法主要是Archana等人提出的DCM算法，DCM算法中包含了节点可移动最大距离的算法和关于如何选择可移动的邻居节点的四种启发式算法，并且进一步描述了级联的DCM算法。DCM算法能够弥补死亡节点引起的覆盖区域损失，但是这种补偿不是实时的，而是在引起覆盖区域损失后进行，因为必然会存在一定时间的覆盖不完全。具体参考文献：Archana Sekhar,B.S.Manoj,C.Siva Ram Murthy:Dynamic Coverage Maintenance Algorithms for Sensor Networks with Limited Mobility.PerCom2005:51-60。

可以看出，上述睡眠调度和覆盖补偿算法都存在一定的问题，算法通用性不高，影响WSN的覆盖能量。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时基于睡眠调度和覆盖补偿的覆盖保持技术，它能高效利用传感器节点有限的能量，同时能估计节点剩余能量，预测死亡节点，及时移动节点补偿将由死亡节点引起的覆盖丢失，从而保持网络覆盖率。

本发明的技术方案为：一种基于睡眠调度和覆盖补偿的覆盖保持方法，具体包括如下步骤：

S1.确定邻居节点数：节点广播HELLO消息给周围节点，节点记录接受到的不同的HELLO消息的数目从而得到其本身的邻居节点数N；

S2.估计节点冗余度：

利用邻居节点数N得到节点冗余度的期望值为：

当E(Eη_N)≥α时认为是绝对冗余节点，当1-α＜E(η_N)＜α时为相对冗余节点,0≤E(η_N)≤1-α时为非冗余节点，其中，α为预先设定的阈值；

S3.估计节点经过信息交换阶段之后的剩余能量：