无线传感器网络中有向节点的调度方法

摘要

本发明是一种无线传感器网络中有向节点调度方法，该方法分为场景设置、节点方向优化和节点调度3个部分；所采取的感知模型是以节点为圆心引出两条射线和感知距离为感知半径所形成的扇形区域，由于有的节点因为各种因素的影响而使得节点的感知方向受限，再加上节点部署的随机性造成网络节点对所选目标覆盖率不高的问题，针对这种情况，所述方法通过确定传感器网络中有向节点最优感知方向，优化配置网络资源，从而提高网络节点覆盖率、延长网络的生命周期。

主权项

1.一种无线传感器网络中有向节点调度方法，其特征在于该方法分为场景设置、节点方向优化和节点调度3个部分；所采取的感知模型是以节点为圆心引出两条射线和感知距离为感知半径所形成的扇形区域，该方法主要包括以下几个步骤：步骤一：场景设置1）设置所需场景参数，随机分布节点和目标；2）设置节点的相关参数，确定节点的若干可能感知方向；步骤二：节点方向优化21）首先确定方向优化的衡量标准：节点在每个方向上的效用值；22）考虑影响效用值大小的若干因素；23）计算每个选定目标的效用值；24）计算节点每个方向上目标效用值的总和，根据大小确定最终节点最优方向；步骤三：节点调度涉及到两种节点调度算法：优化算法和启发式算法；符号说明如下：S：有向传感器节点集合；        T：区域目标集合；N：有向节点总数；              M：区域目标总数；r：节点感知半径；              P：节点方向数；o_o,p：节点O的第P个感知方向；   f：区域目标覆盖度；T_O，P：节点O在方向P上的目标集合；t_O，P,i：节点O在方向P上的第i个目标；q：节点感知视角；              L：节点固有生存周期；C_m：覆盖目标k_m的传感器节点s_i的下标集合；B_l：覆盖l个目标的传感器节点s_i的下标集合；x_ij：布尔变量，如果满足节点s_i∈J_j，x_ij的取值为1，反之为0；y_i：[0,M]之间的整型变量，当且仅当节点s_i为集合B_l中的成员时，y_i取值为l；t_j：[0,1]之间的实变量，分组J_j的活跃时间；k_critical：被个数最少并且剩余节点能量也最少的传感器节点所覆盖的目标；α_i：处于[0,1]之间的节点s_i的检测率； P_tx：节点活跃期间功率值；E_i：节点s_i的初始能量值；C_mj：当分组J_j活跃时，覆盖目标k_m的传感器节点s_i的下标集合；D_lj：当分组J_j活跃时，覆盖l个目标的传感器节点s_i的下标集合；W_ij：[0,M]之间的整型变量，当且仅当节点s_i为集合D_lj中的成员时，W_ij取值为l；k_critical：被个数最少并且剩余节点能量也最少的传感器节点所覆盖的目标；基于优化算法的节点调度所涉及的算法过程如下：311）对给定的一个分组进行初始化，设置C_mj=C_m，D_lj=B_l，W_ij=y_i，其中满足l=0,1,......,M；312）找出分组集合J_j中的重叠目标，为313）对于中的目标k_m，找出覆盖k_m的重叠节点的集合然后在其中选出节点s_r，其中s_r为RS节点；314）更新节点与目标关系，对于中所有节点s_i来说，这里满足s_i≠s_r，重新赋值C_mj=C_mj-{i}，D_lj=D_lj-{i}且D_(l-1)j=D_(l-1)j+{i}，W_ij=W_ij-1，返回步骤313）；315）重新更新分组集合中的C_mj、D_lj和W_ij；在这个优化算法中，为了从分组J₁,J₂,......,J_Q中去掉冗余目标信息，需要执行Q次，其次，为了使网络生命周期最大化，优化算法在执行时还要满足以下的条件规划，总的方程：满足条件为：基于启发式算法的节点调度所涉及的算法过程如下：321）对网络进行初始化，传感器节点能量为E_i，j=0，S_S=S；322）当每个目标被S_S中的至少一个节点覆盖时，产生一个新的分组J_j，设置j=j+1， S_T=T；323）当时，首先找到S_T中的一个关键目标k_ciritical，选出一个节点满足s_select∈S_S，然后分组J_j=J_j∪s_select，对于S_T中的的所有目标来说，如果目标k_m被节点s_select所覆盖时，S_T=S_T-{k_m}；324）从分组J_j中去掉冗余目标的重复部分，针对分组J_j执行前面的优化算法；325）能量更新，对于J_j中的所有节点来说，E_i=E_i-α_iW_ijP_txw，如果满足E_i-α_iW_ijP_txw≤0，S_S=S_S-{s_i}，去掉节点s_i，返回322）；326）返回分组J₁,J₂,......,J_j以及网络生命周期j*w。