[發明專利]一種無線網絡傳感器網絡覆蓋的分布式方法有效
| 申請號: | 201410227923.0 | 申請日: | 2014-05-27 |
| 公開(公告)號: | CN103987054B | 公開(公告)日: | 2018-07-03 |
| 發明(設計)人: | 林偉宏;胡明明;齊小剛;劉立芳;馮海林 | 申請(專利權)人: | 西安電子科技大學 |
| 主分類號: | H04W16/18 | 分類號: | H04W16/18;H04W84/18 |
| 代理公司: | 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350 | 代理人: | 湯東鳳 |
| 地址: | 710071 陜西省*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 任務指定 無線網絡傳感器 工作節點 網絡覆蓋 點位置 算法 分布式算法 仿真實驗 加權事件 冗余節點 剩余能量 實際網絡 數學模型 隨機算法 網絡節點 網絡壽命 有效覆蓋 均勻度 探測率 最大化 求解 按輪 覆蓋 改進 | ||
1.一種無線網絡傳感器網絡覆蓋的分布式方法,其特征在于,該無線網絡傳感器網絡覆蓋的分布式方法包括:
將任務指定完成時間設為預設網絡壽命,并將設為常值的預設網絡壽命L按輪來劃分為輪,每一輪時間為l,在每一輪中通過篩選最大額外有效覆蓋時間大于零的節點進行工作,其他冗余節點關閉探測功能進入睡眠;
在每一輪挑出合適的工作節點后,通過比較工作節點與鄰居工作節點之間的最大額外有效覆蓋時間和剩余能量來選擇最優的工作時間方案,從而使得每一輪中總的有效覆蓋時間最大,此外在每一輪中都設置了工作節點的剩余能量安全閾值,若工作節點的剩余能量低于該安全閾值時,則該節點將被強制關閉它的探測功能,只維持部分的通訊功能;
所述分布式方法包括以下步驟:
對于每一輪中的節點,首先分別計算si最大額外有效覆蓋時間和工作優先度,即:
在自己所有的工作時間安排方案中選擇最優的方案,并向si的鄰居廣播mes(i,Null,UPD,ΔPi),然后判斷是否大于零,若否,則當所有節點執行完上述操作結束;若是,則一直執行如下操作:如果si在它的鄰居中有最大的工作優先度ΔPi,則si標記自己為LAB,并向鄰居廣播mes(i,LAB,sch,ΔPi),di=di-bi,當所有結點完成該操作后結束;否則,如果si接收到鄰居si的信息包mes(k,LAB,sch,ΔPk),則si更新鄰居sk的信息,重新計算ΔPi并且向鄰居廣播mes(i,UPD,Null,ΔPi),并重新判斷是否大于零;否則,判斷si是否收到鄰居sk的信息包mes(k,UPD,Null,ΔPk),若是,則更新鄰居sk的工作優先度,并重新判斷是否大于零;否則,如果di≤λi,當所有結點完成該操作后結束,其中di為節點si的剩余能量,在每一輪的開始,節點的工作時間都是未安排的,也就是sch都為空,在每一輪中都要重新選擇新的合適的工作節點,確定工作節點最優的工作時間安排方案,而在每一個While循環中(第4到16行),節點都要在自己的鄰居內比較ΔP的大小,并更新自己和鄰居的sch,當所有的節點的ΔCmax都等于0時,則這一輪中的所有合適的工作節點都已經被選完,輸入:節點si的鄰居N(si),自己和鄰居的sch,自己覆蓋的重要位置點Pi,位置的權值wi,i∈Pi,預設網絡壽命L,電池壽命Bi,si的標記類型為UPD;輸出:si標記類型(LAB或UPD),被標記為LAB的節點的最優工作時間安排;
在算法的每一輪中,都會有一些局部最優的工作節點被選擇,同時它們的工作時間安排方案也被確定,其中,局部最優的工作節點即為在它們的鄰居中擁有最高的工作優先度的節點,為了便于鄰居節點間相互通訊,它們之間相互傳遞的信息包應該包括本身的ID,自己的工作時間安排方案(sch),工作優先度ΔP和它們的標記類型,標記類型為LAB或者是UPD,其中,LAB表示已被標記為最合適的工作節點,UPD表示已更新自己的信息包,把這種信息包定義為mes(ID,sch,type,ΔP),此外,每個節點都建立一個數據庫存放自己和鄰居的信息包;
和ΔCi的計算細節:
當節點si的工作時間安排方案被確定時,定義節點si額外有效覆蓋時間為:其中R(i)表示節點si覆蓋的點位置集合,w(j)表示點位置pj的重要性系數,即pj的權值,表示點位置pj被節點si覆蓋的額外時間;和ΔC1的演算過程為:其中時間長度0.2為點位置p2被節點s1覆蓋和已被節點s2覆蓋的重疊時間,所以點位置p2被節點s1覆蓋的額外時間為0.4;此外,最大額外有效覆蓋時間為:
ΔPi的計算細節:
結合每個節點的剩余能量重新定義每個節點si的工作優先度,
節點si的最大額外有效覆蓋時間可通過上述方法來計算,可得此外,第n輪之后,三個節點的剩余能量分別為5,4和1,這里不妨設α=0.6,β=0.4,則ΔP1=3.44,ΔP2=4.12,ΔP3=2.56,顯然,不管是通過最大額外有效覆蓋時間還是工作優先度ΔPi來比較,節點s2都是最大的,則這一輪中,節點s2被選擇為工作節點,但是,在第n+1輪中,雖然但是節點s3的剩余能量過低,導致ΔP3<ΔP1,所以這一輪中,節點s1被選擇為合適的工作節點,此外,為了保護長期進行工作的節點,設置了節點的電池剩余能量安全閾值λi來檢查工作節點在每一輪中的剩余能量是否過低,若工作節點si的剩余能量低于λi,則該節點將被強制關閉它的探測功能,只是維持部分的通訊功能,假設λi都為1.5,則在第n+2輪中,s3將不再被選為工作節點;
確定α和β:
節點剩余能量均勻度被用來度量每一輪中節點剩余能量的平均值和消耗的是否均勻,通過節點剩余能量均勻度,可以選擇合適的α和β將節點的最大額外有效覆蓋時間和節點的剩余能量有效的結合,這個問題用數學語言描述如下:
max H
其中式子(5)中,Si.d表示第i輪中,所有節點的剩余能量,mean(Si.d)和var(Si.d)分別表示它們的均值和方差,通過算法2來求解α和β,
將α的區間[0,1]平均分為四個子區間,統計1000次模擬中,min(mean(Si.d)/var(Si.d))最大的值所對應α的區間的次數,顯然,α處于[0.5,0.75]時被選為合適參數的次數最多。
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