[发明专利]面向网内计算的无线传感器网络中继节点部署方法

说明书

本发明涉及一种面向网内计算的无线传感器执行器网络中继节点部署方法。本发明针对已有中继节点部署方法仅考虑传统网络性能约束，无法构建支持网内计算模式的网络拓扑的问题，提出基于分治思想的中继节点部署方法。该方法具体包括两个步骤：执行器节点覆盖和网络连通性构建。执行器节点覆盖步骤中，通过为每个执行器节点部署用于覆盖该节点的中继节点，将整体问题拆分为若干实时性、可靠性约束连通性子问题；在网络连通性构建步骤中，针对每个子问题基于最短路径算法和带权重集合覆盖算法，在实时性、可靠性约束下构建网络连通性。最终，该方法可用较低部署成本成功构建支持网内计算模式，且满足实时性、可靠性要求的无线传感器执行器网络。

技术领域

本发明涉及无线传感器执行器网络技术领域，具体涉及一种面向网内计算的无线传感器执行器网络中继节点部署方法。

背景技术

无线传感器/执行器网络具有便于安装、部署快捷等优点，被广泛应用于工业领域。无线传感器/执行器网络由传感器节点、执行器节点及汇聚节点组成，这些节点借助单/多跳路径通信。传感器节点和执行器节点具有通信范围小、能量受限、计算能力弱等特点。在许多应用中，传感器节点和执行器节点位置已知且固定，因此仅凭已有节点无法构建起全局网络连通性。为此，国内外学者主张通过部署额外中继节点为整个网络搭建连通的拓扑结构，以此降低传感节点能耗、提高网络可扩展性。

另一方面，为满足工业无线传感器网络对实时性、可靠性越来越苛刻的要求，网内计算这一新型通信计算模式被提出，并吸引了众多关注。在该模式中，传感器节点直接向执行器节点发送环境感知信息，且任何在传输路径上的节点都可参与信息处理计算，并最终由路径上某一节点根据计算结果生成控制信号并将该信号发至相应执行器节点。该模式将计算任务分散在网络各个节点上，从而避免了集中计算模式(如边缘计算等)的许多缺点，因此成为近期研究热点。

已有网内计算相关研究的一个重要假设前提为：底层网络拓扑结构能够满足网内计算要求。然而，中继节点部署作为构建底层网络拓扑的重要手段，其相关研究仅停留在一些考虑传统约束(如覆盖度、连通性、负载均衡、时延等)的部署问题，尚未有相关工作从中继节点部署的角度出发，研究如何构建满足网内计算要求的网络拓扑结构。另外，无线传感器/执行器网络多应用于工业自动化领域，须确保数据通信的可靠性、实时性。鉴于上述需求，目前亟需一种面向网内计算模式构建实时可靠无线传感器/执行器网络的中继节点部署方法。

发明内容

针对现有中继节点部署算法仅考虑传统网络性能约束(如时延等)，缺乏一种构建支持网内计算模式且满足实时性、可靠性的无线传感器执行器网络，本发明的目的是提供一种面向网内计算的无线传感器执行器网络中继节点部署方法。面向网内计算的无线传感器执行器网络中继节点部署方法，包括以下步骤，(1)、执行器节点覆盖；

执行器节点覆盖包括以下阶段，(1.1)、输入n个传感器节点位置信息S＝{s₁,s₂,…,s_n}、k个执行器节点位置信息A＝{a₁,a₂,…,a_k}、m个候选部署位置信息C＝{c₁,c₂,…,c_m}，传感器节点通信半径r_s、执行器节点通信半径r_a、中继节点通信半径r_r、跳数约束δ，其中，中继节点只能部署在候选部署位置，跳数约束用来控制端到端时延和可靠性；

(1.2)、令r(u)表示节点u的通信半径，||u-v||表示两个节点u和v之间的欧式距离，如任意两个节点u和v的距离满足||u-v||≤min(r(u),r(v))，则u和v相互覆盖对方，互为邻居，在构建完全通信图时认为每个候选部署位置具有通信半径r_r，在所有邻居节点之间生成一条边，最终构建完全通信图G；

(1.3)、在完全通信图G中，对所有执行器节点，执行以下指令：