[发明专利]无线传感器网络优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络优化方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

近些年，许多国内外学者和专家对无线传感器网络的覆盖问题与能耗问题做了大量的研究工作。Neelofer Tambili和Mohamed Younis所提出的可移动传感器网络中感知覆盖与恢复连通研究，其思想是把覆盖区域和连通问题作为整体进行研究，利用感知覆盖与恢复连通算法(Coverage Conscious connectivity Restoration C³R)从失效节点中恢复一个或多个失效邻居节点，使得每个邻居节点重新定位并逐个代替失效节点恢复到初始位置，进而形成了恢复性连通同时也监测到了覆盖区域所有初始位置的目标节点。Y. Jin等人给出在节点随机部署情况下，提出了一个节点位置独立的路由算法(ECCRA)，并给出了实现网络一定覆盖条件下的覆盖率的求解公式。以上各种算法在很大程度上都可以完成覆盖与连通，但求解过程过于复杂。Xing G等人所提出的覆盖配置协议(CCP)利用节点的局部位置信息以分布式对节点职能合格性进行判断，职能合格者将转换成活跃状态对目标区域进行监测，而不合格者节点将转换成休眠状态而节省能量。该文证明了当无线传感器网络中节点的通信半径大于或者等于感应半径的2倍时，如果网络1度覆盖给定的监测区域，那么该区域中网络节点也是连通的。该文还考虑了多度覆盖，其协议可以满足多度覆盖要求。但是，在判断节点是否冗余时所采用的节点职能合格性判断算法的复杂度是O(N³)。H.Zhang等人所给出的方法是集中不相交的覆盖集合数降至最低，此方法利用不相交覆盖集连续重组方法对覆盖区域重新划分，进而达到覆盖集数量最低，此方法可以有效地减少网络能量的消耗，但传感器节点每次数据采集耗能不等的情况下并不是最优方法。Q.Zhao等人所提出一个最大偏移量以及一个感知空间概率模型，传感器网络被分割为多个不相交等范围尺度的单元，其中每个单元之中只有一个传感器允许传输数据，这个空间模型化方法更好地解决了密集部署具有的空间联系的随机场网络节点能量消耗问题，但是该方法在应用过程较为复杂，不易实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种在满足一定的覆盖率要求下，以最少传感器节点数目完成对覆盖区域内的目标进行覆盖的无线传感器网络优化方法，以更好的解决覆盖与连接以及节点部署的问题。

为实现上述目的，本发明的无线传感器网络优化方法步骤如下：

（1）将所监测的目标节点规划到一个正方形区域内，在该正方形区域内随机布置传感器节点构成无线传感器网络，建立传感器节点与目标节点关联模型，使关注的目标节点处于无线传感器网络的覆盖范围之内；

（2）利用贪心算法对整个无线传感器网络生存周期进行优化；

（3）利用期望概率对整个正方形区域进行计算，确定所覆盖区域内完成覆盖的最少传感器节点数量；

（4）通过传感器节点之间的状态调度机制让传感器节点处于不同的状态，以减少网络能量的消耗，延长网络生存周期，实现无线传感器网络的优化。

进一步的，所述步骤（1）中传感器节点与目标节点关联模型是依据目标节点被哪些传感器节点的感应范围所覆盖而建立的。

进一步的，所述步骤（1）中若是目标节点没有被无线传感器网络所覆盖，也即是目标节点没有被任何传感器节点所覆盖，那么需在该目标节点处添置传感器节点，使该目标节点处于添置传感器节点的感知范围之内，并重新建立传感器节点与目标节点关联模型。

进一步的，所述步骤（2）中是设传感器网络中的总节点数为N，M_i为需要达到的活动传感器数量，节点i的预期时间为t_i，贪心算法如下：

（a）初始化网络最优生命值L=0；

（b）根据t_i值对各传感器节点从大到小进行排序；

（c）记当前预期时间排在j位的传感器为s_j，若t_sMi=0，则转（e）；

（d）取传感器s_j，在接下来的周期内处于活动状态，更新t_sj=t_sj-1，L=L+1，转步骤（b）；

（e）算法结束，返回网络最优寿命值L。