[发明专利]一种基于竞争协作的WSNs关键节点休眠调度方法

权利要求书

1.一种基于竞争协作的WSNs关键节点休眠调度方法，其特征在于，包括：

根据感知节点的覆盖启发式值选取覆盖集，具有最大覆盖启发式值的感知节点将被视为预选节点，如果网络覆盖率得到提升，那么预选节点将被放入到覆盖集中，重复上述步骤，直到所有的目标点都被覆盖为止，得到一个相交的覆盖集。

根据保护关键节点的要求，针对不同类型的节点(感知节点、非感知节点)设置优先级参数。

根据节点优先级参数、数据传输能耗以及剩余能量设计节点发送数据的传输代价。

根据节点之间传输代价邻接矩阵，选取中继节点，同时在节点自私性的基础上，每个节点在同一时刻只能响应一个中继请求，即中继节点的竞争现象，中继节点会选择对自己有利的请求，传输代价相对较小的请求，进而构建网络连通路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于竞争协作的WSNs关键节点休眠调度方法，其特征在于，根据网络中出现目标点不被感知到或者有感知数据未被传送到基站时，此时说明当前连通覆盖集中有节点已经失效，这时需要重新选取新的集合，实现节点休眠调度。

3.根据权利要求1所述的一种基于竞争协作的WSNs关键节点休眠调度方法，其特征在于，节点优先级参数设置，由于在传感器网络中，节点是均匀随机抛洒的，根据网络模型知道感知节点和非感知节点的存在，会出现有些离散目标点只被很少的节点所覆盖，而一旦存在目标点无法被覆盖，那么网络的功能就失效了，所以为了延长网络生存时间，根据前文已经提到的保护关键节点的内容，针对不同类型的节点，感知节点、非感知节点设置优先级参数c，如公式(6)所示，

式中，M表示网络中覆盖一个离散目标点的最大传感器节点数量，N_i表示与节点S_i覆盖同一目标点的节点数量，N_j表示与节点S_j覆盖同一目标点的节点数量，其中有M＝5，N_i＝3，N_j＝4。经过分析可以得出当传感器节点是感知节点时，优先级参数c会随着N_i和N_j的变化而变化，当N_i和N_j比较小时，说明覆盖这两个离散目标点的节点较少，因此，节点S_i和S_j是比较关键的节点，它们的被选为中继节点的优先级最低，对应节点之间的传输代价要尽量大，避免过度的使用，进而影响网络生存时间；当N_i和N_j较大时，说明覆盖这两个离散目标点的节点较多，对应的传输代价可以比较小，也就是说节点可以承担部分中继转发任务；当N_i和N_j为0时，即节点为非感知节点，只承担中继转发任务，因此被选择成为中继节点的优先级最高。

4.根据权利要求1所述的一种基于竞争协作的WSNs关键节点休眠调度方法，其特征在于，为了确定传感器节点最大通信半径范围内的可用中继节点集合，借用图论的邻接矩阵概念，其中，邻接矩阵中节点S_i在τ时刻向S_j发送数据的传输代价如式(7)所示，进而可以构建该监测区域范围内的传感器节点间的邻接矩阵如式(8)所示；

式中，表示节点S_i在τ时刻传输的数据包数量大小，e_i,j表示在τ时刻从节点S_i向S_j发送数据的能耗，d_i,j表示节点S_i和S_j之间的欧氏距离，表示节点S_i在τ时刻所有可用的传输路径中传输能耗最大值，c表示选择中继节点的优先级参数。由于要保证数据传输的可靠性，要求节点S_i在τ时刻的剩余能量大于等于在τ时刻最大传输能耗；

随着网络的持续工作，传感器节点的剩余能量逐渐减少，为了保证中继节点的能耗均衡性，在现有的传输代价基础上，加入了数据发送节点和接收节点的剩余能量作为评价指标之一，如果节点剩余能量较低时，传输代价需要增大，避免节点能耗太快，导致节点死亡；反之，传输代价相对较低。所以设置节点剩余能量代价参数，如公(9)式所示；

综合公式(7)和公式(9)，对节点之间的传输代价进行更新得到最终的传输代价，如公式(10)所示；

由于传感器节点的通信半径是有限的，为了把感知节点集的感知数据传输到基站，同时延长网络的生存时间，通常需要中继节点进行数据转发，因此，一种中继节点选取策略被提出，由前文建立的节点之间传输代价邻接矩阵，构建出一条连通的路径，为了降低传输能耗，需要最小化这条路径的总传输代价，用式(11)来表示；

它主要有以下两个限制条件，如式(12)和式(13)所示；

S_h,S_h+1∈Ω (12)

其中，表示从感知节点S_i到基站数据传输的总代价，从节点S_i到基站之间可选择的中继节点集为Ω＝{S₁,S₂,…,S_h,…,S_H}，在Ω中可选择一条传输代价最小的路径，h表示数据传输所经过的跳数；此外，在选取中继节点时，要确保任意中继节点在τ时刻的剩余能量大于等于最大能耗。