[发明专利]一种无线网络传感器网络覆盖的分布式方法

权利要求书

1.一种无线网络传感器网络覆盖的分布式方法，其特征在于，该无线网络传感器网络覆盖的分布式方法包括：

将任务指定完成时间设为预设网络寿命，并将设为常值的预设网络寿命L按轮来划分为轮，每一轮时间为l，在每一轮中通过筛选最大额外有效覆盖时间大于零的节点进行工作，其他冗余节点关闭探测功能进入睡眠；

在每一轮挑出合适的工作节点后，通过比较工作节点与邻居工作节点之间的最大额外有效覆盖时间和剩余能量来选择最优的工作时间方案，从而使得每一轮中总的有效覆盖时间最大，此外在每一轮中都设置了工作节点的剩余能量安全阈值，若工作节点的剩余能量低于该安全阈值时，则该节点将被强制关闭它的探测功能，只维持部分的通讯功能；

所述分布式方法包括以下步骤：

对于每一轮中的节点，首先分别计算s_i最大额外有效覆盖时间和工作优先度，即：

在自己所有的工作时间安排方案中选择最优的方案，并向s_i的邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔP_i)，然后判断是否大于零，若否，则当所有节点执行完上述操作结束；若是，则一直执行如下操作：如果s_i在它的邻居中有最大的工作优先度ΔP_i，则s_i标记自己为LAB，并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔP_i)，d_i＝d_i-b_i，当所有结点完成该操作后结束；否则，如果s_i接收到邻居s_i的信息包mes(k,LAB,sch,ΔP_k)，则s_i更新邻居s_k的信息，重新计算ΔP_i并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔP_i)，并重新判断是否大于零；否则，判断s_i是否收到邻居s_k的信息包mes(k,UPD,Null,ΔP_k)，若是，则更新邻居s_k的工作优先度，并重新判断是否大于零；否则，如果d_i≤λ_i，当所有结点完成该操作后结束，其中d_i为节点s_i的剩余能量，在每一轮的开始，节点的工作时间都是未安排的，也就是sch都为空，在每一轮中都要重新选择新的合适的工作节点，确定工作节点最优的工作时间安排方案，而在每一个While循环中(第4到16行)，节点都要在自己的邻居内比较ΔP的大小，并更新自己和邻居的sch，当所有的节点的ΔC^max都等于0时，则这一轮中的所有合适的工作节点都已经被选完，输入:节点s_i的邻居N(s_i)，自己和邻居的sch，自己覆盖的重要位置点P_i，位置的权值w_i,i∈P_i，预设网络寿命L，电池寿命B_i，s_i的标记类型为UPD；输出:s_i标记类型(LAB或UPD)，被标记为LAB的节点的最优工作时间安排；

在算法的每一轮中，都会有一些局部最优的工作节点被选择，同时它们的工作时间安排方案也被确定，其中，局部最优的工作节点即为在它们的邻居中拥有最高的工作优先度的节点，为了便于邻居节点间相互通讯，它们之间相互传递的信息包应该包括本身的ID，自己的工作时间安排方案(sch)，工作优先度ΔP和它们的标记类型，标记类型为LAB或者是UPD，其中，LAB表示已被标记为最合适的工作节点，UPD表示已更新自己的信息包，把这种信息包定义为mes(ID,sch,type,ΔP)，此外，每个节点都建立一个数据库存放自己和邻居的信息包；

和ΔC_i的计算细节：

当节点s_i的工作时间安排方案被确定时，定义节点s_i额外有效覆盖时间为:其中R(i)表示节点s_i覆盖的点位置集合，w(j)表示点位置p_j的重要性系数，即p_j的权值，表示点位置p_j被节点s_i覆盖的额外时间；和ΔC₁的演算过程为：其中时间长度0.2为点位置p₂被节点s₁覆盖和已被节点s₂覆盖的重叠时间，所以点位置p₂被节点s₁覆盖的额外时间为0.4；此外，最大额外有效覆盖时间为：

ΔP_i的计算细节：

结合每个节点的剩余能量重新定义每个节点s_i的工作优先度，

节点s_i的最大额外有效覆盖时间可通过上述方法来计算，可得此外，第n轮之后，三个节点的剩余能量分别为5,4和1，这里不妨设α＝0.6，β＝0.4，则ΔP₁＝3.44，ΔP₂＝4.12，ΔP₃＝2.56，显然，不管是通过最大额外有效覆盖时间还是工作优先度ΔP_i来比较，节点s₂都是最大的，则这一轮中，节点s₂被选择为工作节点，但是，在第n+1轮中，虽然但是节点s₃的剩余能量过低，导致ΔP₃＜ΔP₁，所以这一轮中，节点s₁被选择为合适的工作节点，此外，为了保护长期进行工作的节点，设置了节点的电池剩余能量安全阈值λ_i来检查工作节点在每一轮中的剩余能量是否过低，若工作节点s_i的剩余能量低于λ_i，则该节点将被强制关闭它的探测功能，只是维持部分的通讯功能，假设λ_i都为1.5，则在第n+2轮中，s₃将不再被选为工作节点；

确定α和β：

节点剩余能量均匀度被用来度量每一轮中节点剩余能量的平均值和消耗的是否均匀，通过节点剩余能量均匀度，可以选择合适的α和β将节点的最大额外有效覆盖时间和节点的剩余能量有效的结合，这个问题用数学语言描述如下：

max H

其中式子(5)中，S_i.d表示第i轮中，所有节点的剩余能量，mean(S_i.d)和var(S_i.d)分别表示它们的均值和方差，通过算法2来求解α和β，

将α的区间[0,1]平均分为四个子区间，统计1000次模拟中，min(mean(S_i.d)/var(S_i.d))最大的值所对应α的区间的次数，显然，α处于[0.5,0.75]时被选为合适参数的次数最多。