[发明专利]面向目标节点定位的无线传感器网络中动态休眠调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于无线传感器网络的低功耗策略，详细地说，是指一种面向目标节点定位的无线传感器网络中动态休眠调度方法，该动态休眠调度方法有助于提高无线传感器网络的定位精度和定位成功率。

背景技术

近年来，无线传感器网络的自身定位方法已经引起科研人员的广泛关注。目前研究工作的焦点仍集中于如何提高算法的定位精度、降低额外的硬件要求以及削弱信息延迟对移动节点定位的负面影响等方面，但并没有关注在移动节点定位过程中如何动态地平衡整个网络功耗、降低定位成本从而延长网络寿命的问题。

动态休眠调度机制在面向目标跟踪的传感器网络领域中已有一些相关研究成果。例如，Kumar解决了当每个节点均以p(占空比)百分比休眠的情况下，如何确定恰当的节点数目，以保证目标区域内每个点都能够达到k覆盖度(即被k个节点传感区域覆盖)，从而达到良好的服务质量的问题(2004年9月，在ACM Mobicom 2004会议中公开)；Gui针对目标跟踪的传感器网络提出了监控质量的概念，并研究了移动目标在被传感器节点发现之前的运动距离与网络内活跃节点数目之间的关系，并给出唤醒部分节点就足以确保较好的监控质量的结论(2004年9月，在ACM Mobicom 2004会议中公开)；Zhang(IEEE TOWC，2004年3月5日公开)和Bhattacharya(2005年4月，在IEEE IPSN 2005会议中公开)研究了面向目标跟踪的动态功耗控制协议，提出了通过维护ConveyTree方法，调度传感器节点的工作状态，保证目标被足够多的传感器节点覆盖。然而，目标跟踪关注的是网络覆盖问题，所保证的是目标被足够多的节点覆盖在传感区域内，并没有考虑移动节点(或称为目标节点)定位的动态休眠调度机制

发明内容

本发明提出一种面向目标节点定位的无线传感器网络中动态休眠调度方法，该动态休眠调度方法通过构建定位树，并从定位树中拾取唤醒锚节点、休眠锚节点；然后依据消息转发机制通知目标节点周边的锚节点进入哪种工作方式，从而通过动态休眠调度，使目标节点能够有效的维持足够高的锚节点连通度，保证了目标节点在无线传感器网络中的定位成功率和精度。

该动态休眠调度方法解决了：(1)如何动态地调度多个锚节点的休眠与唤醒，使得目标节点的多跳连通度足够大，以满足多跳移动定位方法的要求。(2)动态的休眠唤醒机制是需要付出通信负荷增长的代价，而且活跃节点越多，网络的整体功耗也就越大，当连通度达到一定级别时，动态休眠调度机制的节能性能比一般的休眠调度机制更能节约功耗。

本发明的一种面向目标节点定位的无线传感器网络中动态休眠调度方法，包括有下列动态休眠调度步骤：

(A)初始化定位树：

以任意目标节点M_b自身为根结点、多跳邻居锚节点为多级子结点构建初始定位树LT₁；该初始定位树LT₁仅作为第一次休眠与唤醒锚节点使用；

任意目标节点M_b通过泛洪广播方式获取无线传感器网络中各锚节点的信息，待泛洪广播结束后，将各锚节点信息存储在初始定位树LT₁中；

所述初始定位树LT₁中的每个子结点采用三元组顺序表的数据结构形式进行存储，数据结构形为<SEED_ID，HOP_COUNT，PARENT_ID>；

(B)确定进入休眠与唤醒的锚节点集合：

根据目标节点M_b在当前时刻i所在监控区域N_L×L构建一个当前定位树LT_i，并将所述当前定位树L_Ti中的所有锚节点拾取出形成唤醒锚节点集合S_hi和休眠锚节点集合W_hi；

(C)休眠与唤醒调度规则：

通过传感器网络中各锚节点之间的消息转发机制，向唤醒锚节点集合S_hi中的锚节点派发WAKEUP_MSG消息，使其保持唤醒状态，进入全勤的工作方式，以确保足够高的连通度；同时，向休眠锚节点集合W_hi中的锚节点派发PRUNE_MSG消息，使其切换至休眠状态，进入低功耗工作方式；

WAKEUP_MSG消息格式为：