[发明专利]无线传感器网络综合K‑覆盖调度跨层定向扩散路由协议

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络支撑和网络技术领域，同时也是两个技术领域的交叉综合。

背景技术

节点覆盖是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)三大支撑技术之一。WSN通常由大量节点密集分布组成，节点布设存在较大的冗余度。对于正常完成网络的应用任务，并不需要所有节点均处于工作状态。因此在满足覆盖要求的情况下，将节点分为若干不相交的节点集合，也叫覆盖集，一个时间段只需要一个覆盖集处于工作状态即可。对于多个不同的覆盖集，依据某种规则调度使用，称之为覆盖调度。

在WSN的某些应用中，对节点采集的数据具有特别的要求，例如数据采集的准确性和精度，或某个节点或区域出现情况的重要性例如有毒物资泄漏的监控，对节点或区域采用多个传感器进行感应检测，并采集数据。这便是所谓的K-覆盖，即不少于K个节点同时感应检测某个地点或区域。相比而言，WSN中K-覆盖问题的研究相对较少。

多数WSN覆盖调度方法仅从节点的感应和通信覆盖角度来考虑覆盖集的构造和调度，没有充分考虑节点的剩余能量即覆盖集的生存期的问题。另外目前性能较好的覆盖调度算法主要是集中式调度方法，例如公认为效果最好的MCLC(Most-Constrained Least-Constraining)算法便是集中式算法。本发明提供一种新的分布式K-覆盖判定算法；结合节点的剩余能量进行覆盖集的调度；从路径上传感器节点能耗的角度建立路由与覆盖调度的关系，并将覆盖调度的因素直接作为路由选择的依据之一，提供了综合K-覆盖调度跨层定向扩散路由协议。

发明内容

本发明的目的是提供无线传感器网络分布式K-覆盖调度算法，并与路由技术相结合，提供综合路由和K-覆盖调度的跨层设计方法以及具体的新的定向扩散路由协议。

为便于说明本发明的内容，首先给出本发明中涉及的基本概念。

1..邻居：节点s_i的邻居节点集定义为

N(_i)={s_j|0<d(s_i,s_j)<2R_s,i≠j,s_j∈S}

其中d(s_i,s_j)表示节点s_i和节点s_j之间的欧几里德距离，R_s为节点的感知半径。图1给出了s_i邻居节点的图示。

2.节点赞助覆盖区域：节点的有效覆盖区域内，设存在一个区域，区域中任一点只被相同的一组邻居节点覆盖，则称该区域为节点的一个赞助覆盖区域。

图2给出了中心节点区域划分和边界区域节点区域划分，从图2中可以得知节点s_i和s_j的所有赞助覆盖区域只被相同的一组邻居节点覆盖到。

3.节点状态：

Ready-on-duty:节点接受邻居节点广播的Hello数据包并广播自身的Hello数据包，这个数据包含节点的位置信息、当前能量和ID。

On-duty：当不满足覆盖休眠条件时，作为工作节点。

Ready-to-off：当满足覆盖休眠条件时候，准备进入休眠状态。

Off-duty：当满足覆盖休眠条件时，节点处于休眠状态。

下面说明本发明的技术方案：

步骤1K-覆盖判定

设节点s_i的邻居节点集合为N(i)={N_i1,…N_iK},为节点s_i与s_j的有效覆盖区域的交集，

1：对于每一个在N(i)中的节点N_j，遍历中所有点，

1-1：若该点未被覆盖：

1-1-1：若不存在一个区域覆盖该点，增加一个新区域；

1-1-2：否则，将该点加入到相应的新区域；

1-2：若该点属于已有的覆盖区域：

1-2-1：若没有相对于已有区域的新区域包含此点，增加新区域，加此点到新区域；

1-2-2：否则，将此点加到相应的新区域；

2：对于所有的新区域：

2-1：增加所有覆盖此区域的所有邻居节点到该区域的节点链表；

2-2：增加新区域到的区域覆盖链表；