无线传感器网络综合K‑覆盖调度跨层定向扩散路由协议

摘要

本发明首先提供一种新的无线传感器网络中的K‑覆盖判定算法；随后将节点剩余能量引入覆盖调度中，考虑节点的剩余能量，提供一种新的分布式K‑覆盖调度算法；通过节点能耗关系提供了综合分布式K‑覆盖调度与路由的跨层设计方法，并具体提供了一种新的综合K‑覆盖调度的定向扩散路由协议。在新的定向扩散路由协议的梯度调整过程中，加入了节点覆盖程度参数，增大了覆盖冗余度大的节点作为中间转发节点的概率，进一步平衡节点的能耗。仿真结果显示，新的跨层定向扩散路由协议的能耗远低于原来的定向扩散路由协议，以及与典型调度算法相结合的定向扩散路由协议。

主权项

一种无线传感器网络综合K‑覆盖调度的跨层定向扩散路由协议，其特征是：(1)对无线传感器网络K‑覆盖进行判定，设节点s_i的邻居节点集合为为节点s_i与s_j的有效覆盖区域的交集，1.1)对于每一个在N(i)中的节点N_j，遍历中所有点，1.1‑1)若该点未被覆盖：1.1‑1‑1)若不存在一个区域覆盖该点，增加一个新区域；1.1‑1‑2)否则，将该点加入到相应的新区域；1.1‑2)若该点属于已有的覆盖区域：1.1‑2‑1)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；1.1‑2‑2)否则，将此点加到相应的新区域；1.2)对于所有的新区域：1.2‑1)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；1.2‑2)增加新区域到s_i的区域覆盖链表；1.3)找到s_i的处于工作状态邻居节点N(i)；1.4)根据s_i已知赞助覆盖区域集合F_i，判断F_i中的每一个赞助覆盖区域是否被N(i)中的节点K‑覆盖；若是，则s_i的感知区域被K‑覆盖，若否，则s_i的感知区域没有被K‑覆盖；(2)基于节点剩余能量的无线传感器网络K‑覆盖节点调度，2.1)对于每个节点s_i，广播由节点的位置信息、当前能量和ID组成的Hello信息包；2.2)s_i收集邻居信息，构造邻居集合N(i)；2.3)若赞助覆盖区域集合F_i中的每一个赞助覆盖区域未被N(i)中的节点K‑覆盖，s_i成为On‑duty节点；2.4)否则：2.4‑1)s_i成为Ready‑to‑off节点；2.4‑2)s_i退避T_iw后广播一个Off消息；2.4‑3)等待T_off后，根据收到邻居的Off消息，更新N(i)；2.4‑4)若F_i中的每一个赞助覆盖区域被N(i)中的节点K‑覆盖，s_i成为Off‑duty节点2.4‑5)否则，s_i成为On‑duty节点；(3)结合(1)中判定方法和(2)中调度算法的跨层定向扩散路由，3.1)执行(1)中和(2)中的算法，选出工作组节点；3.2)Sink节点广播Interest；3.3)中间节点根据Interest到达的先后，确定返回上一跳节点的梯度值，最先到达的梯度值最大，依次递减；3.4)每次依据最大梯度值选取下一跳节点，由源节点逐跳返回数据；3.5)节点根据(2)中算法中得出的冗余度确定其梯度变化的阈值，3.5‑1)设节点S_i覆盖冗余度为N，N可由每次覆盖调度过程中所获取的邻居节点信息计算得出；3.5‑2)节点每间隔T₀时间，查询自己的剩余能量；当发现剩余能量低于设定的阈值时，通知所有邻居节点降低该节点的梯度值；3.5‑3)随后在调整这个阈值到另一个合适的值；这个阈值由覆盖冗余度N决定，设阈值为1/N+1，即新阈值为原阈值的1/N+1，初始阈值为初始能量的1/N+1；3.6)数据收集阶段，一轮时间满时，转入到第1步，循环执行。