[发明专利]一种时延受限无线传感器网络中的中继节点部署方法

权利要求书

1.一种时延受限无线传感器网络中的中继节点部署方法，其特征在于包括以下步骤：

覆盖：通过最短路径树算法得到用于部署中继节点且不违反时延约束的候选部署位置，并将覆盖相同传感器节点的候选部署位置划分入同一个分组；再利用贪婪集合覆盖算法选择能够覆盖所有传感器节点的分组后，从每个分组中挑选出一个候选部署位置部署中继节点；

可行部署位置分组阶段：根据可行部署位置所能覆盖的传感器节点将可行部署位置进行分组，每个分组中的可行部署位置都覆盖相同的传感器节点；

所述可行部署位置分组阶段的实现步骤包括：

(1)输入所需覆盖的n个传感器节点位置信息S＝{s₁,s₂,…,s_n}、m个候选部署位置信息C＝{c₁,c₂,…,c_m}和汇聚节点位置信息z；

(2)利用最短路径树算法、传感器节点通信半径r和中继节点通信半径R得到每个候选部署位置c所能覆盖的传感器节点，并用X(c)表示；

(3)对所有候选部署位置进行分组，把覆盖相同传感器节点的候选部署位置分在同一分组内，其中所有分组的集合用表示、分组A中候选部署位置所覆盖的传感器节点用X(A)表示，

分组选择阶段：根据每个分组所能覆盖的传感器节点对分组进行选择，使得所选分组能够覆盖所有传感器节点；

利用贪婪集合覆盖算法从中挑选一个子集使得

可行位置选择阶段：从每个上阶段选择的分组中挑选一个可行部署位置，并在这些挑选的位置上部署中继节点；

(1)对中所有分组中的候选部署位置按照权重的降序进行排序，每个候选位置的权重定义为与这个候选部署位置相连的分组个数；相连表示某候选部署位置与分组A中任意一个候选部署位置能够直接通信；

(2)从中所有分组中的候选部署位置中挑选出一个具有最大权值的候选部署位置u，并从每个与u相连的分组中挑选出一个与u直接通信的候选部署位置，将这些挑选出的候选部署位置添加至集合Y，最后从中删除它们所在的分组及这些分组内的所有候选部署位置；

(3)若不为空集，则重复步骤(2)；否则，进行下一步；

(4)将中继节点部署在Y中记录的候选部署位置上，称这些中继节点为覆盖阶段中继节点即CPR，并记这些中继节点组成的集合为Y；

连通：通过将受时延约束的连通性问题转化为每一次迭代中的集合覆盖问题进行求解，得到最终部署的中继节点；

可行性检验阶段：检验能否为Y中所有CPR构建满足时延要求的连通性；

所述可行性检验阶段的实现步骤包括：

(1)仅用部署额外的中继节点中中继节点构建一棵以汇聚节点为根、连接所有Y中中继节点的最短路径树T；如果T中所有连接汇聚节点与中中继节点的通路都满足时延约束，则无需部署额外中继节点并结束算法，否则进入(2)；

(2)构建一棵以汇聚节点为根、连接所有中中继节点的最短路径树T；若T中存在不满足时延约束的通路，则结束部署，否则进入连通性构建阶段；

连通性构建阶段：通过部署额外的中继节点为Y中所有CPR构建满足时延要求的连通性；

所述连通性构建阶段的实现步骤包括：

(1)令k＝0，I_k＝{z}，其中I_k为存储第k次迭代中部署的中继节点；搜索I_k中节点在C和Y中的邻居，并记这些邻居为N(I_k)，其中N(I_k)中所有CPR都自动添加至I_k+1；

(2)令剩余未连接至汇聚节点的CPR记为为，Y_k＝Y_k-N(I_k)；

(3)计算每个I_k+1中中继节点y的Q(y)和w(y)，其中Q(y)指所有可行通路经过y的CPR集合，而w(y)为连通y至所有Q(y)中CPR的最短路径上中继节点的个数；

(4)检测剩余未连接至汇聚节点的CPR集合即如tmpY_k为空集，则进入(5)，否则进入(6)；

(5)k＝k+1，搜索I_k中节点在C和Y中的邻居，并记这些邻居为N(I_k)，其中N(I_k)中所有CPR都自动添加至I_k+1；Y_k＝Y_k-N(I_k)；

(6)计算每个N(I_k)中中继节点y的Q(y)和w(y)；

(7)利用GSC算法从N(I_k)中搜索一个覆盖Y_k的子集tmpRe，并令I_k+1＝I_k+1∪tmpRe；

(8)C＝C-tmpRe，k＝k+1，C'＝C'∪tmpRe；C'为存储部署中继节点的集合；

(9)搜索I_k中节点在C和Y中的邻居，并记这些邻居为N(I_k)，其中N(I_k)中所有CPR都自动添加至I_k+1；Y_k＝Y_k-N(I_k)；

(10)若Y_k不为空集，则返回(3)，否则输出C'；

中继修剪阶段：通过尝试逐个删除Y中的中继节点得到最终所需部署的中继节点集合；

所述中继修剪阶段的实现步骤包括：

(1)令tmp为C'中邻居个数最少的一个中继节点，并令C'＝C'-tmp；

(2)利用C'中剩余中继节点构建一棵以汇聚节点为根并连接所有CRP的最短路径树tmpT；如tmpT中所有通路都满足时延约束，则进入(3)，否则进入(4)；

(3)令tmp为C'中邻居个数最少的一个中继节点，并令C'＝C'-tmp；

(4)将tmp标记为已测试，并令C'＝C'∪tmp；令tmp为C'中邻居个数最少的一个中继节点，并令C'＝C'-tmp；

(5)若C'不为空集且C'中仍有未测试的中继节点，则进入(2)，否则结束并输出C'作为最终所需部署的中继节点集合。