[发明专利]基于集群划分的水下无线传感器网络覆盖漏洞修复算法

说明书

基于集群划分的水下无线传感器网络覆盖漏洞修复算法，包括下述内容：运用三维密集网络的拓扑模型，将整个三维空间划分为多个相同的虚拟组成单元；通过建立覆盖矩阵和分割单元之间的映射寻找失效节点及漏洞边缘节点，分析漏洞边缘节点感知半径和距离分割单元中心长度之间的关系对漏洞进行检测；选择关键位置和补充节点位置。基于以上信息和集群休眠调度算法的相关定义，通过漏洞检测、确定补充节点、找寻唤醒新的补充节点直到成功、移动被唤醒节点来实现覆盖漏洞修复，从而实现网络的高覆盖、高连通和低能耗。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络拓扑控制技术，具体涉及一种基于集群划分的水下无线传感器网络覆盖漏洞修复算法。

背景技术

水资源是人类赖以生存和发展的不可缺少的宝贵财富，地球表面72％的面积都被河流、湖泊和海洋等各类水体覆盖，因此如何合理地开发水下资源，减少对陆地资源的依赖，就成为人与自然可持续发展的重要手段之一。水下传感器网络(UWSNs)在海洋监测和资源发现等方面具有广阔的应用前景，可以有效地采集到水温、水压、水流方向、海底地形以及海底矿藏等数据，因此，UWSNs已成为当前研究的热点。但是在水下环境中，节点能量有限且很难更换电池，若是节点能量耗尽将会造成网络覆盖漏洞，甚至出现局部网络瘫痪，大大影响网络性能。因此设计一种高覆盖、高连通、低能耗的水下无线传感器网络拓扑控制算法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供了一种对水下传感器网络具有较好漏洞修复性能，同时能保持较高的网络覆盖率和较低的网络能耗的一种基于集群划分的水下无线传感器网络覆盖漏洞修复算法。

基于集群划分的水下无线传感器网络覆盖漏洞修复算法，包括以下步骤：

步骤1：运用三维密集网络的拓扑模型，将整个三维空间划分为多个相同的虚拟组成单元，保证每一个分割单元内都存在一个可以正常工作的传感器节点，就可以确定整个传感器网络是高度覆盖的。

步骤2：漏洞检测。进行相关定义并通过建立分割单元和覆盖矩阵之间的映射，寻找出现的某些分割单元内存在失效节点，假设集群中可能出现覆盖漏洞，再依据漏洞边缘节点感知半径的关系和距离分割单元中心长度确定是否真的存在覆盖漏洞；

步骤2.1：相关定义

定义1：覆盖率C_r：传感器网络的覆盖率是指传感器节点感知范围V₁,V₂,…,V_n的交集与监控区域体积V_A的比值，即

定义2：分割单元：目标三维区域A可以被分割为若干个相同的多面体P_olytope，则本发明中将立方体作为分割单元；

定义3：集群：立方体分割单元与其26个一级物理邻接单元组成的立方体称为集群；

定义4：节点编号ID₀：使用节点在监控区域的三维坐标系中的坐标(x,y,z)作为节点的编号，记为ID_o＝(x,y,z)；

定义5：分割单元编号ID₁：每一个分割单元设置一个唯一的身份标识号码，即分割单元编号ID₁＝(i,j,k)，其中i代表分割单元所处的行数，j代表分割单元所处的列数，k代表分割单元所处的层数；所以每一个编号为(i,j,k)的分割立方体的坐标范围为：

因此，节点可以通过ID₀得到所在分割单元的编号：

定义6：集群编号ID₂：每一个集群设置一个唯一的身份标识号码，即集群编号ID₂＝(a,b,c)；则该集群的坐标范围为：