无线传感器网络中节点调度覆盖空洞的避免方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络拓扑控制应用领域，尤其涉及一种无线传感器网络中 节点调度覆盖空洞的避免方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络是由大量密集部署在监测区域的传感器节点组成的一种网络监 测系统，其主要任务是准确获取客观物理世界有价值的信息，自动实时监测目标和事件发 生，并及时报告和处理事件，它拓展了人类对客观物理世界的感知范围，帮助人们更好了 解并实时感知周围的客观环境。在环境监测、医疗护理、工业环境、交通及军事等领域具有 较广泛的应用前景。
[0003]目前，在传感器网络的应用中，传感器节点是体积微小的嵌入式设备，采用能量 有限的电池供电，且计算能力和通信能力都十分有限。节点调度机制充分利用了无线传感 器网络应用的高覆盖冗余部署特性，通过节点间的相互协作合理组织节点间的工作状态， 让满足覆盖冗余的节点轮流进入低功耗的休眠状态，达到节约能量，延长网络生存时间的 目的。
[0004] 但是受实际部署条件限制、节点覆盖冗余判别方法的不同、算法实施策略的不同 和应用环境的多样性，使得节点调度机制执行后，存在某些节点由于休眠机会的不均等性 引起能量过早耗尽或遭受到破坏而死亡，部分节点的提前失效必然会造成感知覆盖的空洞 和通信网络的分块，从而影响监测信息获取的完整性，缩短网络的寿命，与节点调度延长网 络生存时间的目标相违背。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种无线传感器网络中节点调度覆盖空洞的避免方法，能够 根据节点剩余能量和覆盖要求对节点状态进行调度，达到在节点调度机制中尽可能避免或 延缓覆盖空洞问题的产生，从而达到延长网络生存时间的目的。
[0006] 本发明采用下述技术方案：一种无线传感器网络中节点调度覆盖空洞的避免方 法，包括以下步骤： (1) 、设节点的初始态为空闲态，首先判断该节点是否有数据包需要处理：如果有数据 需要处理，则节点进入活动态，处理数据后进入步骤（2);若无数据包需要处理，则进入步骤 (2)； (2) 、计算该节点被邻居节点覆盖的覆盖冗余率A进入步骤（3); (3) 、判断该节点当前剩余能量值尽是否大于设定的能量阈值，若是，则进入步 骤（4);若否，则进入步骤（6); (4) 、判断该节点是否符合休眠条件：若该节点符合休眠条件，则该节点向邻居节点发 送预休眠消息，进入预休眠状态，同时启动一个延迟计时器进入步骤（5);若不符合 休眠条件，返回步骤（1); (5)、该节点如果在内收到邻居节点发送的预休眠消息，返回步骤（1);如果在 内未收到预休眠消息，节点进入休眠状态，休眠时间&结束后返回步骤（1); (6 )、判断该节点是否符合沉睡条件：若节点符合沉睡条件，则进入沉睡状态，沉睡时间 结束，返回步骤（1);若不符合沉睡条件，则向邻居节点发出求救消息等待支援，进 入步骤（7); (7) 、判断该节点是否收到邻居节点的求救消息：若收到邻居节点的求救消息，并把求 救节点发来的信息存放到邻居列表中，并从邻居列表中选择最小的节点作为该节点的 求救节点，并进入沉睡状态，沉睡时间结束，返回步骤（1);若没收到邻居节点的求 救消息，进入步骤（8); (8) 、判断节点的当前能量值尽是否等于0 :若当前能量值尽不等于0,则返回步骤（1); 若当前能量值尽等于〇,本节点的调度过程结束； (9)、返回步骤（1)，进行其它节点的调度过程。
[0007] 所述的步骤（7)的收到求救消息的流程具体如下： 步骤1:判断节点是否收到求救消息：若节点没有收到求救消息，返回继续判断；若节 点收到求救消息，求出节点离求救节点之间的距离，记为4进入步骤2 ; 步骤2 :估算节点进行救援后剩余的能量值，记为尽，进入步骤3 ; 步骤3:判断节点剩余能量值見是否大于阈值馬A:若节点剩余能量值見小于阈值馬A， 返回步骤1 ;若节点剩余能量值見大于阈值进入步骤4 ; 步骤4 :求出，尽的值，把节点的，見值发送给求救节点，并求救节点等待发出确认是 否支援；若收到求救节点发来的确认消息，则进行支援；若没有收到求救节点的确认消息， 返回步骤1。
[0008]所述的步骤（2)中计算该节点被邻居节点覆盖的覆盖冗余率6=(节点被各个邻 居节点覆盖的面积之和）/节点本身面积。
[0009] 所述的步骤（4)中的休眠条件是：该节点的覆盖冗余率J是否大于或等于给定的 阈值若覆盖冗余率6大于或等于给定的阈值则该节点符合休眠条件； 若覆盖冗余率J小于给定的阈值，则该节点不符合休眠条件。
[0010] 本发明所提供的用于无线传感器网络节点调度的覆盖空洞避免的方法，主要用于 解决节点调度机制中部分节点能量消耗过快，造成这些节点失效进而引起该节点所在区域 的覆盖空洞问题，从而造成网络生存时间缩短的问题。
[0011] 本发明能够根据节点剩余能量和覆盖要求对节点状态进行调度，采用分轮的方 式，每轮包括四个阶段：邻居发现阶段、覆盖冗余判别阶段、节点求救阶段和节点状态转换 阶段。在保证监测区域覆盖的前提下，根据节点的能量消耗情况，对节点状态进行合理分 配：若剩余能量大于给定的阈值让其进入能量节约的休眠状态；若剩余能量小于给定的阈 值，且该节点自身符合休眠条件，则该节点进入休眠时间更长的沉睡状态；若不符合休眠条 件，则该节点向邻居节点发出求救信息，邻居节点进行自我检查是否符合支援条件进而对 该节点进行支援。该机制可以提高监测信息采集的可靠性，有效的避免覆盖空洞的产生及 扩散，从而达到节约网络能量，从而达到延长网络生存时间的目的。具体有如下优点： 1.提高整个网络的生存时间 通过对网络中节点进行状态进行控制，节点进入与能量相对应的状态，可以高效合理 的使用网络能量，延长整个网络的生存时间。
[0012] 2?定位灵活 节点不进行移动时，关闭定位系统；只有节点满足移动的条件时，才会开启定位系统。
【附图说明】
[0013] 图1是两节点的相交图$)〈2r); 图2是两节点相交时圆以瓜上的点到圆q的圆心5；的距离（Kt/(5；，$)〈2r)的示意 图； 图3是两节点的相交图（^5；，5；) 5r); 图4是两节点相交时圆q弧上的点到圆q的圆心5；的距离（Sr)的示意 图； 图5(a)是以节点5；为中心，邻居节点对其覆盖面积图； 图5(b)是以节点5；为圆心，以〃为邊标，以P为坐标的极坐标系中，邻居节点在 坐标系中的二维映射图； 图6是支援节点进行支援时的矢量图； 图7是节点状态转换图； 图8是本发明的方法流程图； 图9是邻居节点接收到预休眠消息时的流程图； 图10是邻居节点接收到求救消息时的流程图； 图11是节点4和它的邻居节点的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供了一种用于无线传感器网络节点调度的覆盖空洞避免方法，可以在已 有的进行无线传感器网络仿真的软件上设计并实现。通过网络中节点的覆盖和剩余能量情 况，设置相应的节点状态，并根据网络运行情况对节点状态进行调度，其目标是在网络监测 性能保证的同时，避免或延缓覆盖空洞问题的产生，达到节约网络能量，延长网络生存时间 的目的。
[0015] 如图7所示，本发明将无线传感器网络中节点设定为五种状态：空闲态、数据处理 态、预休眠态、休眠态和沉睡态。空闲态是节点的初始化状态；节点有数据需要处理时，节点 会进入数据处理态；为了避免节点和其邻居节点同时进入休眠态的情况，设置了预休眠态。 休眠态是为了节省节点不必要的能量浪费而