專利名稱：一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體是一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是隨著無線通信和嵌入式計算技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)的進步而發(fā)展起來的一種新興的信息獲取技術(shù)，是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、 知識高度集成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。覆蓋控制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的基本問題，是指通過網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的空間位置分布實現(xiàn)對被監(jiān)控區(qū)域或目標對象物理信息的感知，從根本上反映了網(wǎng)絡(luò)對物理世界的感知能力，作為覆蓋控制研究內(nèi)容之一，柵欄覆蓋是專門為移動監(jiān)測和邊界保護類應(yīng)用設(shè)計的覆蓋模型，并分為強柵欄覆蓋和弱柵欄覆蓋兩種類型，前者可監(jiān)測沿任意路徑穿越監(jiān)控區(qū)域的目標(如圖2(a)所示)，后者可監(jiān)測沿垂直于區(qū)域邊界的路徑穿越監(jiān)控區(qū)域的目標(如圖2(b)所示)。目前，關(guān)于柵欄覆蓋的研究已引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并給出了一些相關(guān)理論和算法，但一般基于固定同構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，且多是解決強柵欄覆蓋問題，未考慮可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的弱柵欄覆蓋問題。在沙漠、戰(zhàn)場等危險惡劣環(huán)境中，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常采用隨機部署方式，如利用飛行器將節(jié)點拋灑到目標區(qū)域中，使得大量傳感器成為冗余節(jié)點，從而導(dǎo)致傳感器節(jié)點的浪費， 由于移動傳感器節(jié)點具有自動再部署的優(yōu)點，許多傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用常引入可移動節(jié)點來解決柵欄覆蓋的節(jié)點浪費問題。但是，由于傳感器節(jié)點的移動是非常消耗能量的操作，并且傳感器節(jié)點是能量受限的設(shè)備，所以需要設(shè)計能量有效的調(diào)度算法來盡量減少重新部署過程的能量消耗。為節(jié)省能量消耗，節(jié)點移動距離越短越好，即各節(jié)點重新部署的新位置盡可能在初始位置附近，同時所有節(jié)點重新部署后組成柵欄以監(jiān)測穿越目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法，解決可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的弱柵欄覆蓋問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法，包括可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)包括匯聚節(jié)點、任務(wù)管理節(jié)點和具有移動能力且感知范圍不相同的傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點、任務(wù)管理節(jié)點與互聯(lián)網(wǎng)通信(如

圖1所示)，該方法為步驟1 在長為L的矩形區(qū)域內(nèi)隨機部署η個可移動異構(gòu)傳感器節(jié)點，且從左至右將節(jié)點標記為S1, &，. . .，sn，各節(jié)點的橫坐標為X1, &，...，I，感知半徑為r1; r2，. . .，rn，其中 0 彡 X1 < & < · · · < xn ^ L,且若 X^ri > Xj+rj,則 XiIi > ^-r」，其中 1 彡 i 乒 j 彡 η ；步驟2 初始化各節(jié)點S1, &，. . .，\的偏移值Cl1, d2，. . .，dn并設(shè)為0 ；步驟3 計算相鄰兩節(jié)點的重疊區(qū)域Oi,w及大小Size(C)i,i+1)，其中(1彡i彡n_l)； 覆蓋缺口 &及大小sizefe)，其中1 < i < 1 ；覆蓋缺口 &左右兩邊的節(jié)點數(shù)Mte)、Nr{gi)； 覆蓋缺口 &左右兩邊的節(jié)點、g」te)，S^q_r(gi)；步驟4:計算所有節(jié)點的覆蓋區(qū)域在邊界的映射之和，若小于區(qū)域的長度，則節(jié)點
不能構(gòu)建弱柵欄，程序終止；若等于區(qū)域的長度，則Si橫坐標移動到+丨_，縱坐標保持
不變；若大于區(qū)域的長度，則執(zhí)行下述步驟；步驟5 從左至右依次覆蓋缺口 gi，當(dāng)&左邊沒有節(jié)點時，其右邊第一個節(jié)點rfe)向左偏移size(gi), sJ+1向左偏移max {IdJ-size (Oj, J+1),0},艮口 dJ+1 = -max{|dj|-size(oJjJ+1),0},并更新 size (Oj, J+1)，其中 m_r(gl)<j<seq_r(gi) + (Nrigi) -NrigiJ-I ；當(dāng) & 左右兩邊均有節(jié)點時，若
權(quán)利要求
1. 一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法，包括可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)， 可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)包括匯聚節(jié)點、任務(wù)管理節(jié)點和具有移動能力且感知范圍不相同的傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點、任務(wù)管理節(jié)點與互聯(lián)網(wǎng)通信，其特征在于，該方法為步驟1 在長為L的矩形區(qū)域內(nèi)隨機部署η個可移動異構(gòu)傳感器節(jié)點，且從左至右將節(jié)點標記為S1, s2, ... , \，各節(jié)點的橫坐標為X1, χ2, ... , χη，感知半徑為r1; r2, ... , rn，其中 0 ^ X1 < x2 < . . . < xn ^ L,且若 X^ri > Xj+rj,則 XiIi > -!^，其中 1 彡 i 乒 j 彡 η ； 步驟2 初始化各節(jié)點Sl，s2, . . . , sn的偏移值屯，d2，. . .，dn并設(shè)為0 ； 步驟3 計算相鄰兩節(jié)點的重疊區(qū)域0i,i+1及大小siZe(0i,i+1)，其中；覆蓋缺口 &及大小sizefe)，其中1 < i < 1 ；覆蓋缺口 &左右兩邊的節(jié)點數(shù)^、Nr(gi)；覆蓋缺口 &左右兩邊的節(jié)點·^ute)，； 1表示覆蓋缺口的數(shù)量；步驟4:計算所有節(jié)點的覆蓋區(qū)域在邊界的映射之和，若小于區(qū)域的長度，則節(jié)點不能構(gòu)建弱柵欄，程序終止；若等于區(qū)域的長度，則Si橫坐標移動到，縱坐標保持不變；k=\若大于區(qū)域的長度，則執(zhí)行下述步驟；步驟5 從左至右依次覆蓋缺口 gi，當(dāng)&左邊沒有節(jié)點時，其右邊第一個節(jié)點徹)向左偏移 size(gi)，BP dseq r(gt)=-siZe(gi) ； Sj+1 向左偏移 max {I dj I -size (Ojj J+1), 0},艮口 dj+1 = —max {| dj—size (ο」，j+1), 0},并更新 size (ο」， J+1)，其中 seq — ri^ijSseq — ri^ + iN^-NwJ-l·,當(dāng) & 左右兩邊均有節(jié)點sizeie ^ seqAgi')時，若節(jié)點, 的橫坐標滿足Σ 2^—rseq Kgi)，則,seqj(gi)seq_l(gt)向右移 Σ 2rk ~XSeq J(gi) ~rSeq J(gi) ，即 dSeqJ(gi) = Σ 2fk ~ Xseq J(gi) ~ fSeq J(gi) ； k=\ k=\sizeie ^ seqJigd若Σ A-Xseq _ -rseq 1(gi)，且節(jié)點的橫坐標滿足Lk=\seq_r(gt)SJ^1< Σ 2r,-(Z- r(gi)-rseq rfe))),則向右移 ^1，即Zk=Seq_r(gi)Aieq_l(gt)2_ srze{gi) 若 S1Zejgr) :f。srze{gi)aSeqJ(Si) — -O--9^ Za ^k Xseq_l(gi) ~叫」(幻)，-t^--- >L^k=\LηΣ 2rk-(L-(Xseq_r(gi) ~ ^eq _r{gi)))，貝'J ^向右移 Hlin {S i Z θ (g)， .k=seq_r(gi)^ seq _l{gi)SlZe^gj)-n丨“Σ 2t^ -L-Ocseq ri^ _fseq—r(Jk)))\，即‘―収)=rnin 淑(私)，Sizeigi)- Σ 2rkk=seq_r{gt)Lk=seq — r(g“；當(dāng)K右邊沒有節(jié)點時，其左邊第一個節(jié)點sseq Kgt)向右偏移 siZe(gi)，即 dseq l(gi) =Sizeigi) ‘ Sjm 向右偏移 Hiaxildj Hsize(Oj-M)，0}，即 d^eq _,igl) = max{|j;|-me(o;_1;), θ}，其中此？— /(私)<j< seq _l(gi)~ Ν1(&)+1 ；步驟6 將所有節(jié)點的初始橫坐標Xl，&，...，ι加上偏移值屯，d2，. . .，dn，得到節(jié)點最終橫坐標，即得到各節(jié)點最終位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱柵欄覆蓋構(gòu)建方法，計算節(jié)點覆蓋區(qū)域在邊界的映射以及未被節(jié)點映射區(qū)域覆蓋的邊界區(qū)域或缺口，移動節(jié)點從左至右依次覆蓋缺口，且在保證不產(chǎn)生新的缺口的前提下最小化最大節(jié)點移動距離，即最小化所有節(jié)點中的最大移動距離，直至所有缺口都被節(jié)點映射區(qū)域覆蓋為止，本發(fā)明的方法解決了可移動異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的弱柵欄覆蓋問題。
文檔編號H04W84/18GK102497642SQ20111043698
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者尹波, 林亞平, 羅卿, 胡玉鵬 申請人:湖南大學(xué)