[发明专利]一种用于传感器网络覆盖范围控制的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络覆盖范围控制技术领域，具体的说是一种用于传感器网络覆盖范围控制的方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)领域一个重要的方面是覆盖范围问题。通常来说，覆盖范围决定了在一个节点感应场中的检测或者侦查的效果如何。在野外或者军事应用中，传感器节点被随机部署。当使用这种传感器网络的时候，传感器节点的密度通常远远大于保证某些需求的最优配置。因此在这样一种具有高密度传感器的传感器感测区域内，存在着多个节点的覆盖范围会彼此相交或者重合的问题，这导致了提供同等的覆盖范围的同时，增加了节点的能量损耗，进而降低了网络的生存时间。因此，要达到节省能量的同时不会以牺牲网络覆盖范围的目的，如何调度节点的活动状态对于WSN来说是个很重要的问题。

目前国内外对于无线传感器网络覆盖范围控制的研究主要分为以下四种方法：

(1)以启发式的方法寻找能够覆盖特定感测区域的离散节点，在该方法中，这些传感器节点是以时间复用的方式周期性的处于活动状态，其不足之处在于需要节点的坐标信息并进行大量的计算，其次，该方法采用的是集中式对节点的覆盖范围的控制，降低了WSN的鲁棒性。

(2)CPP方法，即覆盖范围配置方法，该方法的是通过传感器节点及其两个邻接点的感测区域的相交面积来确定该节点的工作状态，其优点是，覆盖范围控制精确，但是需要节点能够支持大量的数据计算和频繁的信息交换，由于过多依赖节点的位置信息，使得该方法在实际应用中受限。

(3)ODGC方法，即优化的地理密度方法，该方法主要是针对3个活动节点能够形成一个等边三角形而对于角度和距离的优化，该方法需要节点大量的对距离角度和覆盖区域的计算，考虑到能量问题，在传感器网络节点上能够对大数据量的计算是有限的，因此该方法并不适合实际应用。

(4)RIS随机休眠算法，其实现过程中，虽然无需引入节点的坐标信息并且仅需少量计算即可实现，但该方法在覆盖比率，活动节点数和消息开销大，不适合实现应用。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种用于传感器网络覆盖范围控制的方法，该方法以便在为监测区域提供足够覆盖范围的同时减少每个节点的能量损耗。

本发明的技术方案为：一种用于传感器网络覆盖范围控制的方法，包括下列步骤：

1)判断节点状态参数中新一轮覆盖范围控制标识位是否为真；

2)若标识位为真，该步骤又进一步分为：

2.1)判断是否收到新的邻接点交互消息；

2.2)如果收到，在将自身跳数信息和接收到的邻接点交互消息包含的跳数比较后，调整节点自身跳数信息及其他状态参数，按照节点跳数环形分层后，根据节点的所在层和收到同层的交互消息数目，确定节点的工作状态；

2.3)如果没有收到新的邻接点交互消息，计时器记数并检查计时器是否到期，如果是，那么该节点继续等待接收邻接点的交互信息，否则，节点工作状态设置为活动状态并发送交互信息；

3)如果标识位为假，该步骤又进一步分为

3.1)节点计时器记数并检查计时器是否到期；

3.1)如果是，则设置自身活动状态并复位状态参数，等待接收邻接点的交互信息；

3.2)否则，重复上述步骤。

所述步骤1)中节点状态参数由以下状态位表示：

S：节点工作状态标识位，说明是否为休眠节点；

B：节点覆盖范围控制标识位，说明新一轮覆盖范围控制是否开始；

N₁：节点计数器位，说明记录收到最新一条邻接点交互消息时，时钟所用的节拍信号的数目；

N₂：节点计数器位，记录从节点跳数小于自身的节点收到的邻接点交互消息数量；

N₃：节点计数器位，记录从节点跳数等于自身的节点收到的邻接点交互消息数量；

P：节点发送功率位，如果该参数修改，那么节点的功率也会随之调整；

T：节点计时器位，用于记录在本轮周期中该节点的剩余时间。

所述步骤2)中节点间的交互消息命名为LEAP消息，该LEAP消息封装格式{Hr|Pr|Tr}，各个字段表示如下：

Hr：发送消息节点相对环心节点的跳数；

Pr：发送消息节点的发送功率；

Tr：发送消息节点在本轮周期中的剩余时间；

其中，环心节点是人为的定义一个在传感器网络中，相对于其他节点，初始跳数为0的节点。

所述步骤2.2)包括下述步骤：