專利名稱：一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點休眠資格判斷方法，更特別地說， 是指一種能夠根據(jù)節(jié)點間距離和網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求采用圓心角覆蓋度進行調(diào)節(jié)的節(jié)點休眠資 格判斷方法。
背景技術(shù)：
隨著微機電系統(tǒng)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)得到了越來越廣 泛的關(guān)注和研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個由大量廉價的傳感器節(jié)點組成的無線自組織網(wǎng) 絡(luò)。每個傳感器節(jié)點由計算單元、存儲單元、傳感單元和無線通信單元等構(gòu)成。該無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)依據(jù)節(jié)點傳感半徑是否相同可以分為同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，由于成本和體積等因素的限制，單個 傳感器節(jié)點的處理能力、通信能力以及電池能量等資源極為有限，需要與距離較遠的基站 進行頻繁通信。但是，由于傳感器節(jié)點個數(shù)多、分布區(qū)域廣，而且部署區(qū)域環(huán)境復雜，有些區(qū) 域甚至人員不能到達，因而要對節(jié)點再次補充能源會非常困難。為了延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存期，同時不影響網(wǎng)絡(luò)的性能，通常使用的方法是部署大 量的節(jié)點，再通過對節(jié)點進行調(diào)度，關(guān)閉冗余節(jié)點，減少能量消耗，達到提高服務質(zhì)量并延 長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。要解決的問題主要有①在節(jié)能上如何使盡可能少的節(jié)點處于工作狀 態(tài)；②在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上如何確保每個待觀測點都至少在一個傳感器節(jié)點的感知范圍內(nèi)；③在 連通性上如何使工作的節(jié)點集合和基站保持連通。這些問題的解決能夠使整個傳感器網(wǎng)絡(luò) 以最小的能量代價來監(jiān)測給定目標，從而達到延長網(wǎng)絡(luò)生存期的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)的復雜度高、能耗大的區(qū)域覆蓋節(jié)點休眠資格判斷方法，本發(fā)明提出了 一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法。該方法將鄰居節(jié)點對 區(qū)域的覆蓋轉(zhuǎn)換為對節(jié)點圓心角的覆蓋，計算角度在W，2ji]內(nèi)的各個圓心角被覆蓋的度 數(shù)，從而得出節(jié)點感知區(qū)域被覆蓋的度數(shù)，由此進行節(jié)點休眠資格判斷。在不允許空洞的情 況下，將距離小于節(jié)點感知半徑的鄰居節(jié)點的區(qū)域覆蓋轉(zhuǎn)換成圓心角覆蓋；當允許空洞時， 可以擴大有影響的鄰居節(jié)點范圍，增加參與計算的鄰居節(jié)點個數(shù)，從而關(guān)閉更多的冗余節(jié) 點，獲得更長的網(wǎng)絡(luò)生存時間。本發(fā)明的一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法，采用 圓心角覆蓋策略來獲得任意節(jié)點在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋度，其中圓心角覆蓋策 略為步驟3-1，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中建立平面坐標系，即節(jié)點u的坐標記為 U (xu, yu)，第一鄰居節(jié)點V1的坐標為V1 (Xvl，yvl)，則節(jié)點u與節(jié)點V1的距離表示為
^tt-Vi = ~xvi)2+(yu -yvxf ；
步驟3-2，節(jié)點u與第一鄰居節(jié)點V1的感知區(qū)域相交區(qū)域?qū)稽cA的圓心角
Z VluA，對于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)垂徑定理及三角關(guān)系式，有ZvlM/i = arccos·^;對于異構(gòu)網(wǎng)
2xr
絡(luò)，依據(jù)余弦定理，有Zv1W = arccos⑶2+r 、'；
2xrux rVj步驟3-3，以逆時針方向為正方向，兩個節(jié)點之間連線的圓心角
f _ \
ZvlUx = axctm,且Z V1Ux 的取值范圍為 W，2ji);
\xu~ χν y若Xvl > Xu 且 yvl > yu 時，則調(diào)整 Z V1UX = Z V1UX+ 31 ；若xvl < Xu 且又的 > yu 時，則調(diào)整Z V1UX =Z V1UX+31 ；若xvl > xu 且 yvl < yu 時，則調(diào)整Z V1Ux = Z Vlux+2 π ；步驟3-4，交點A與節(jié)點u形成的圓心角記為Z Aux，且Z Aux = Z V1Ux- Z V1UA, 標志位Flag = 0 ；交點B與節(jié)點u形成的圓心角為Z Bux，且Z Bux =Z V1Ux+ Z V1UB,標志位Flag =1 ；若Z V1Ux <Z V1UA 時，則調(diào)整Z Aux =Z Aux+2 π ；若Z V1Ux+ Z V1UA > 2 π 時，則調(diào)整Z Bux = Z Bux~2 π ；步驟3-5，依據(jù)步驟3-1至步驟3-4對節(jié)點u的其他鄰居節(jié)點進行圓心角計算， 則有第四鄰居節(jié)點V4與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點C和D形成的圓心角分別記為Z Cux, Z Dux ；第六鄰居節(jié)點V6與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點E和F形成的圓心角分別記為Z Eux、 廣 Fux ；步驟3-6，將步驟3-4和步驟3-5中獲得的圓心角組成一個角度集合0AS{ Z Aux, Z Bux, Z Cux, Z Dux, Z Eux, Z Fux}，然后對該角度集合依據(jù)從小到大的順序排列，從而得 到有序數(shù)組Angles ；在初始時，每一個圓心角所對應的覆蓋度均為0 ；則有，在有序數(shù)組Angles中的各 圓心角所對應的覆蓋度組成的數(shù)組記為ACD ；步驟3-7，遍歷有序數(shù)組Angles中的各圓心角元素，當遍歷到第i個角度時，若此 角度的標志位Flag = 0，則不對該圓心角進行處理；若Flag = 1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓 心角，若未詢到該圓心角，則從有序數(shù)組Angles中的最后一個圓心角元素向前查找，直到 獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角；從第i個角度開始遍歷時，途經(jīng)每個 圓心角就使得覆蓋度要加“1”；若Flag = 1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓 心角，若獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角，從第i個角度開始遍歷時，途 經(jīng)每個圓心角就使得覆蓋度要加“1”；步驟3-8，以覆蓋度數(shù)組ACD中的最小值作為節(jié)點u的感知區(qū)域被覆蓋的度數(shù) CDu。在本發(fā)明的在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略為步驟1-1，對于任意節(jié)點U，獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中；
步驟1-2，遍歷任意節(jié)點u的鄰居集Nu中的所有鄰居節(jié)點，提取出與任意節(jié)點u的 距離在約束距離Dft (0，d0)范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點，放入約束鄰居集CNu中；其中，約束距離Dft(Od0)中的右邊界值d0等于感知半徑r，即Dft(Oj)；步驟1-3，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算出約束鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點對任意節(jié)點 u感知區(qū)域的覆蓋度CDu (簡稱為鄰-節(jié)覆蓋度CDu)；步驟1-4，判斷該鄰-節(jié)覆蓋度⑶u是否滿足同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋度Kh對任意節(jié)點u感 知區(qū)域的覆蓋度要求；若滿足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)； 若不滿足轉(zhuǎn)入步驟1-5 ；步驟1-5，當同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不允許覆蓋空洞存在時，任意節(jié)點U保持工作狀態(tài)；當同構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)允許覆蓋空洞存在時，轉(zhuǎn)入步驟1-6 ；步驟1-6，調(diào)整約束距離 D調(diào)(0，(I1)，且 Cl1 = Cl0+Ad;若 J1 > r x(l +V^7),貝1J表明 約束鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點范圍已超過同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許空洞的最大范圍，任意節(jié)點u保持 工作狀態(tài)；若^SrxG + Jtoler),則轉(zhuǎn)入步驟 1-7 ；Cl1為調(diào)整后的右邊界值；Δ d為區(qū)域擴張的步長，通?？扇ˇ? = & ；toler表示同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許的空洞占感知區(qū)域的百分比，在本發(fā)明中可設(shè)置為 15% 30% ；步驟1-7，依據(jù)調(diào)整后的約束距離Dia (0，(I1),重新獲取任意節(jié)點u的約束鄰居集 CNu，則任意節(jié)點u的約束鄰居集更新為CNu = Iv1, v4, v6}，轉(zhuǎn)入步驟1-3，直到已判定出任 意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)或者保持工作狀態(tài)。在本發(fā)明的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略為步驟2-1，初始化任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus = 0 ；對于任意節(jié)點u獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中，并從鄰居集Nu中選取 第一個鄰居ν ；步驟2-2，計算任意節(jié)點u與其第一個鄰居ν之間的距離cU ；用ru表示任意節(jié)點 u在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的感知半徑，rv表示第一個鄰居ν的感知半徑；步驟2-3，若ru < rv且du_v < rvru時，表明任意節(jié)點u的感知區(qū)域包含在第一 個鄰居ν的感知區(qū)域中，則將任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus增加1，即⑶Plus = CDPlus+1 ；步驟2-4，若ru彡rv或du_v彡rvru且滿足Srwx V^ + rv時，表明第一個 鄰居V對任意節(jié)點U的感知區(qū)域有部分覆蓋，則將第一個鄰居V記錄到約束鄰居集CNu中；步驟2-5，從鄰居集Nu中選取下一個鄰居節(jié)點，重復步驟2-2到步驟2_4，直到鄰 居集Nu中的所有節(jié)點處理完畢；步驟2-6，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算約束鄰居集CNu對任意節(jié)點u的鄰-節(jié)覆蓋 度 CDu ；步驟2-7，依據(jù)覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus對鄰-節(jié)覆蓋度⑶u做出調(diào)整，即⑶Uia = CDu+CDPlus；
步驟2-8，判斷調(diào)整后的鄰-節(jié)覆蓋度CDuia是否滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對覆蓋度的要求； 若滿足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)；若不滿足，則使任意節(jié) 點u保持工作狀態(tài)。本發(fā)明基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法存在有如下 優(yōu)點①本方法只需要利用周圍鄰居節(jié)點的信息，與CCP和Huang的方法相比，大大降低 了計算復雜度。②本方法不僅可用于傳感半徑相同的傳感器節(jié)點構(gòu)成的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，還可用于傳感 半徑不相同的傳感器節(jié)點構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。③當網(wǎng)絡(luò)不允許覆蓋空洞時，本方法與CCP和Huang方法一樣，是判斷節(jié)點冗余的 充分條件。當允許空洞時，本方法可以識別出更多的冗余節(jié)點，減少能耗，為傳感器網(wǎng)絡(luò)贏 得更長的網(wǎng)絡(luò)生存時間。 ④本方法適用于對不同區(qū)域有不同的覆蓋度要求的應用。


圖1是本發(fā)明中同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點與其鄰居節(jié)點之間的感知區(qū)域構(gòu)形圖。
圖IA是本發(fā)明中調(diào)整約束距離后的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點與其鄰居節(jié)點之間的感知區(qū)域 構(gòu)形圖。圖2是本發(fā)明中異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點與其鄰居節(jié)點之間的感知區(qū)域構(gòu)形圖。圖3是本發(fā)明中任意節(jié)點與其約束鄰居集中的鄰居節(jié)點之間的感知區(qū)域構(gòu)形圖。圖4是本發(fā)明中圓心角查找方法的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。本發(fā)明采用圓心角覆蓋策略來獲得任意節(jié)點在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋度。(一 )在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略步驟1-1，對于任意節(jié)點U，獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中；步驟1-2，遍歷任意節(jié)點u的鄰居集Nu中的所有鄰居節(jié)點，提取出與任意節(jié)點u的 距離在約束距離Dft (0，d0)范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點，放入約束鄰居集CNu中；其中，約束距離D初(0，d0)中的右邊界值d0等于感知半徑r,即D初(0，r)。參見圖1所示，在一個同構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，任意節(jié)點u的鄰居節(jié)點包括有第 一鄰居節(jié)點V1、第二鄰居節(jié)點V2、第三鄰居節(jié)點V3、第四鄰居節(jié)點V4、第五鄰居節(jié)點V5、第六 鄰居節(jié)點V6和第七鄰居節(jié)點V7,而與任意節(jié)點u的距離在(0，r)范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點只 有第六鄰居節(jié)點v6，則將第六鄰居節(jié)點V6放入約束鄰居集CNu中，即CNu = {v6}。步驟1-3，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算出約束鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點對任意節(jié)點 u感知區(qū)域的覆蓋度CDu (簡稱為鄰-節(jié)覆蓋度CDu)；參見圖1所示，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算出約束鄰居集CNu = {v6}對節(jié)點u的 感知區(qū)域的鄰_節(jié)覆蓋度⑶U。
步驟1-4，判斷該鄰-節(jié)覆蓋度⑶u是否滿足同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋度Kh對任意節(jié)點u感 知區(qū)域的覆蓋度要求；若滿足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)； 若不滿足轉(zhuǎn)入步驟1-5 ；步驟1-5，當同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不允許覆蓋空洞存在時，任意節(jié)點U保持工作狀態(tài)；當同構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)允許覆蓋空洞存在時，轉(zhuǎn)入步驟1-6 ；步驟1-6，調(diào)整約束距離D調(diào)(Od1)，且Cl1 = Clci+Ad;若…+,則表明 約束鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點范圍已超過同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許空洞的最大范圍，任意節(jié)點u保持 工作狀態(tài)；若…Sr χ (1 + 4tole^),則轉(zhuǎn)入步驟 1-7 ；Cl1為調(diào)整后的右邊界值；Δ d為區(qū)域擴張的步長，通?？扇{二倉；toler表示
同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許的空洞占感知區(qū)域的百分比，在本發(fā)明中可設(shè)置為15% 30% ；步驟1-7，依據(jù)調(diào)整后的約束距離Dia (0，(I1),重新獲取任意節(jié)點u的約束鄰居集 CNu，轉(zhuǎn)入步驟1-3，直到已判定出任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)或者保持工作狀態(tài)。參見圖IA所示，在調(diào)整后的約束距離Dia (0，(I1)下，任意節(jié)點u的約束鄰居集更 新為 CNu = Iv1, v4, v6}。( 二 )在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略步驟2-1，初始化任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus = 0 ；對于任意節(jié)點u獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中，并從鄰居集Nu中選取 第一個鄰居ν ；步驟2-2，計算任意節(jié)點u與其第一個鄰居ν之間的距離cU ；用ru表示任意節(jié)點 u在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的感知半徑，rv表示第一個鄰居ν的感知半徑；步驟2-3，若ru < rv且du_v < rvru時，表明任意節(jié)點u的感知區(qū)域包含在第一 個鄰居ν的感知區(qū)域中，則將任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus增加1，即⑶Plus = CDPlus+1 ；步驟2-4，若ru彡rv或du_v彡rv-ru且滿足SrwxV^ + rv時，表明第一個 鄰居V對任意節(jié)點U的感知區(qū)域有部分覆蓋，則將第一個鄰居V記錄到約束鄰居集CNu中；步驟2-5，從鄰居集Nu中選取下一個鄰居節(jié)點，重復步驟2-2到步驟2_4，直到鄰 居集Nu中的所有節(jié)點處理完畢；參見圖2所示，在一個異構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，任意節(jié)點u的鄰居節(jié)點包括有第 一鄰居節(jié)點V1、第二鄰居節(jié)點V2、第三鄰居節(jié)點V3、第四鄰居節(jié)點V4、第五鄰居節(jié)點V5、第六 鄰居節(jié)點V6和第七鄰居節(jié)點v7，而滿足步驟2-3中的條件ru < rv且du_v < rv-ru的所有 鄰居節(jié)點只有第五鄰居節(jié)點v5，所以任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量CDPlus被調(diào)整為1，即 ⑶Plus = 1。而滿足步驟2-3中的條件^nzx V^r +rv的鄰居節(jié)點只有第一鄰居節(jié)點 V1、第四鄰居節(jié)點V4和第六鄰居節(jié)點v6，所以任意節(jié)點u的約束鄰居集CNu = {νι; v4, v6}。步驟2-6，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算約束鄰居集CNu對任意節(jié)點u的鄰-節(jié)覆蓋 度 CDu ；步驟2-7，依據(jù)覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus對鄰-節(jié)覆蓋度⑶u做出調(diào)整，即⑶Uia = CDu+CDPlus；
步驟2-8，判斷調(diào)整后的鄰-節(jié)覆蓋度CDuia是否滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對覆蓋度的要求； 若滿足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)；若不滿足，則使任意節(jié) 點U保持工作狀態(tài)。在本發(fā)明中，當確定了任意節(jié)點的約束鄰居集之后，采用如下的圓心角覆蓋策略 來計算約束鄰居集對任意節(jié)點的感知區(qū)域的覆蓋度。(三)圓心角覆蓋策略在本發(fā)明中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為二維網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)中的各個無線傳感器(即節(jié)點) 的坐標均采用二維坐標表示。以圖IA為例，節(jié)點u的約束鄰居集CNu包括第一鄰居節(jié)點Vl、 第四鄰居節(jié)點V4和第六鄰居節(jié)點v6，即CNu = {νι;ν4,ν6}。記節(jié)點u的坐標為u(xu，yu)，第 一鄰居節(jié)點V1的坐標為Vl(xvl，yvl)，第四鄰居節(jié)點V4的坐標為v4(xv4，yv4)，第六鄰居節(jié)點V6 的坐標為v6 (xv6，yv6)。以節(jié)點u為圓心，以r或ru為感知半徑，作節(jié)點u的圓域感知區(qū)域。以第一鄰居節(jié)點V1為圓心，以rVl為感知半徑，作第一鄰居節(jié)點V1的圓域感知區(qū) 域。以第四鄰居節(jié)點V4為圓心，以rv4為感知半徑，作第四鄰居節(jié)點V4的圓域感知區(qū) 域。以第六鄰居節(jié)點V6為圓心，以rv6為感知半徑，作第六鄰居節(jié)點V6的圓域感知區(qū) 域。在各個節(jié)點的感知范圍內(nèi)，節(jié)點u與CNu中的鄰居節(jié)點之間的感知區(qū)域構(gòu)形圖如 圖3所示。節(jié)點u的圓域感知區(qū)域與第一鄰居節(jié)點V1的圓域感知區(qū)域在邊界上的交點有A 點和B點；節(jié)點u的圓域感知區(qū)域與第四鄰居節(jié)點V4的圓域感知區(qū)域在邊界上的交點有C 點和D點；節(jié)點u的圓域感知區(qū)域與第六鄰居節(jié)點V6的圓域感知區(qū)域在邊界上的交點有E 點和F點。在本發(fā)明中，采用圓心角覆蓋策略解析鄰居節(jié)點分別對節(jié)點u的感知區(qū)域的覆 蓋度的影響，從而判斷出是否達到網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求。在本發(fā)明中，圓心角覆蓋策略包括有下列的執(zhí)行步驟步驟3-1，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中建立平面坐標系，節(jié)點u的坐標記為u(xu， yu)，第一鄰居節(jié)點V1的坐標為Vl(xvl，yvl),則節(jié)點u與節(jié)點V1的距離表示為
du-vl = yl(xu-xJ2+(yu-yJ2 ；步驟3-2，節(jié)點u與第一鄰居節(jié)點V1的感知區(qū)域相交區(qū)域?qū)稽cA的圓心角
Z V1UA,對于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)垂徑定理及三角關(guān)系式，有=對于異構(gòu)網(wǎng)
2xr
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絡(luò)，依據(jù)余弦定理，有A1^ = arccos—~！^ ；
2y.ru χ rvx步驟3-3，以逆時針方向為正方向，兩個節(jié)點之間連線的圓心角
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Zv1Mx = ^ctan,且 Z V1Ux 的取值范圍為 W，2 π)；
V xu ~ xv\ y若xvl > Xu 且 yvl > yu 時，則調(diào)整 Z V1UX = Z V1UX+ 31 ；若Xvl < Xu 且 yvl > yu 時，則調(diào)整Z V1UX = Z V1Ux+ π ；若Xvl > Xu 且 yvl < yu 時，則調(diào)整Z V1UX = Z Vlux+2 π ；
步驟3-4，交點A與節(jié)點u形成的圓心角記為Z Aux，且Z Aux = Z V1Ux- Z V1UA, 標志位Flag = 0 ；交點B與節(jié)點u形成的圓心角為Z Bux，且Z Bux =Z V1Ux+ Z V1UB,標志位Flag =1 ；若Z V1UX <Z V1UA 時，則調(diào)整Z Aux =Z Aux+2 π ；若Z V1Ux+Z V1UA > 2 π 時，則調(diào)整Z Bux = Z Bux_2 π ；步驟3-5，依據(jù)步驟3-1至步驟3-4對節(jié)點u的其他鄰居節(jié)點進行圓心角計算， 則有第四鄰居節(jié)點V4與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點C和D形成的圓心角分別記為Z Cux, Z Dux ；第六鄰居節(jié)點V6與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點E和F形成的圓心角分別記為Z Eux、 廣 Fux ；在本發(fā)明中，為了方便敘述，Z Aux也稱為交點A的圓心角，Z Bux也稱為交點B 的圓心角，Z Cux也稱為交點C的圓心角，Z Dux也稱為交點D的圓心角，Z Eux也稱為交 點E的圓心角，Z Fux也稱為交點F的圓心角。Z Aux與Z Bux為同一個鄰居節(jié)點對應的圓心角；Z Cux與Z Dux為同一個鄰居節(jié)點對應的圓心角；Z Eux與Z Fux為同一個鄰居節(jié)點對應的圓心角。步驟3-6，將步驟3-4和步驟3-5中獲得的圓心角組成一個角度集合0AS{ Z Aux, Z Bux, Z Cux, Z Dux, Z Eux, Z Fux}，然后對該 OAS { Z Aux, Z Bux, Z Cux, Z Dux, Z Eux, Z Fux}依據(jù)從小到大的順序排列，從而得到有序數(shù)組Angles ；在初始時，每一個圓心角所對應的覆蓋度均為0 ；則有，在有序數(shù)組Angles中的各 圓心角所對應的覆蓋度組成的數(shù)組記為ACD (簡稱為覆蓋度數(shù)組)；步驟3-7，遍歷有序數(shù)組Angles中的各圓心角元素，當遍歷到第i個角度時，若此 角度的標志位Flag = 0，則不對該圓心角進行處理；若Flag = 1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓 心角，若未詢到該圓心角，則從有序數(shù)組Angles中的最后一個圓心角元素向前查找，直到 獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角；從第i個角度開始遍歷時，途經(jīng)每個 圓心角就使得覆蓋度要加“1”；若Flag = 1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓 心角，若獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角，從第i個角度開始遍歷時，途 經(jīng)每個圓心角就使得覆蓋度要加“1”；在本發(fā)明中，第i個角度是指Z Aux、Z Bux、Z Cux、Z Dux、Z Eux和Z Fux中的之一。為了對步驟3-7的查找過程進行詳細說明，請參見圖4所示，圖中，A點對應的圓心 角Z Aux則為第i個角度，與Z Aux對應的同一個鄰居節(jié)點的交點B的圓心角為Z BuxJU 從該第i個角度向左(向前)方向進行查找，途經(jīng)Z Fux圓心角后直到Z Bux，根據(jù)第一鄰 居節(jié)點V1對節(jié)點u與交點A、B形成的區(qū)域有覆蓋，因此Z Aux的覆蓋度增加1 (即A⑶[i] =A⑶[i]+l，從而替換初始時的覆蓋度)、Z Bux的覆蓋度增加1、Z Fux的覆蓋度增加1。步驟3-8，以覆蓋度數(shù)組ACD中的最小值作為節(jié)點u的感知區(qū)域被覆蓋的度數(shù) CDu。
本發(fā)明的一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法，該方 法通過計算鄰居節(jié)點對本節(jié)點感知區(qū)域的覆蓋度，來判斷本節(jié)點是否冗余。在圓心角覆蓋 策略中通過調(diào)整約束距離不斷增加鄰居節(jié)點數(shù)目來提高覆蓋度，只利用局部節(jié)點的信息， 大大降低了計算的復雜度。尤其當網(wǎng)絡(luò)允許一定程度的覆蓋空洞時，與傳統(tǒng)的休眠資格判 斷方法相比，本方法可以關(guān)閉更多的冗余節(jié)點，獲得更長的網(wǎng)絡(luò)生存時間。同時，本方法還 適用于由感知半徑不同的節(jié)點構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。因此，本方法實用性更高，應用范圍更廣。
權(quán)利要求
一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法，采用圓心角覆蓋策略來獲得任意節(jié)點在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋度，其特征在于圓心角覆蓋策略為步驟3 1，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中建立平面坐標系，即節(jié)點u的坐標記為u(xu，yu)，第一鄰居節(jié)點v1的坐標為v1(xv1，yv1)，則節(jié)點u與節(jié)點v1的距離表示為 <mrow><msub> <mi>d</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>-</mo><mi>v</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>v</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mrow> <mi>v</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>;</mo> </mrow>步驟3 2，節(jié)點u與第一鄰居節(jié)點v1的感知區(qū)域相交區(qū)域?qū)稽cA的圓心角∠v1uA，對于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)垂徑定理及三角關(guān)系式，有對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)余弦定理，有步驟3 3，以逆時針方向為正方向，兩個節(jié)點之間連線的圓心角且∠v1ux的取值范圍為[0，2π)；若xv1＞xu且yv1＞yu時，則調(diào)整∠v1ux＝∠v1ux+π；若xv1＜xu且yv1＞yu時，則調(diào)整∠v1ux＝∠v1ux+π；若xv1＞xu且yv1＜yu時，則調(diào)整∠v1ux＝∠v1ux+2π；步驟3 4，交點A與節(jié)點u形成的圓心角記為∠Aux，且∠Aux＝∠v1ux ∠v1uA，標志位Flag＝0；交點B與節(jié)點u形成的圓心角為∠Bux，且∠Bux＝∠v1ux+∠v1uB，標志位Flag＝1；若∠v1ux＜∠v1uA時，則調(diào)整∠Aux＝∠Aux+2π；若∠v1ux+∠v1uA＞2π時，則調(diào)整∠Bux＝∠Bux 2π；步驟3 5，依據(jù)步驟3 1至步驟3 4對節(jié)點u的其他鄰居節(jié)點進行圓心角計算，則有第四鄰居節(jié)點v4與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點C和D形成的圓心角分別記為∠Cux、∠Dux；第六鄰居節(jié)點v6與節(jié)點u的感知區(qū)域相交點E和F形成的圓心角分別記為∠Eux、∠Fux；步驟3 6，將步驟3 4和步驟3 5中獲得的圓心角組成一個角度集合OAS{∠Aux，∠Bux，∠Cux，∠Dux，∠Eux，∠Fux}，然后對該角度集合依據(jù)從小到大的順序排列，從而得到有序數(shù)組Angles；在初始時，每一個圓心角所對應的覆蓋度均為0；則有，在有序數(shù)組Angles中的各圓心角所對應的覆蓋度組成的數(shù)組記為ACD；步驟3 7，遍歷有序數(shù)組Angles中的各圓心角元素，當遍歷到第i個角度時，若此角度的標志位Flag＝0，則不對該圓心角進行處理；若Flag＝1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角，若未詢到該圓心角，則從有序數(shù)組Angles中的最后一個圓心角元素向前查找，直到獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角；從第i個角度開始遍歷時，途經(jīng)每個圓心角就使得覆蓋度要加“1”；若Flag＝1，則從第i個角度向前查找同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角，若獲得同一個鄰居節(jié)點上的另一個交點對應的圓心角，從第i個角度開始遍歷時，途經(jīng)每個圓心角就使得覆蓋度要加“1”；步驟3 8，以覆蓋度數(shù)組ACD中的最小值作為節(jié)點u的感知區(qū)域被覆蓋的度數(shù)CDu。FSA00000213807200012.tif,FSA00000213807200013.tif,FSA00000213807200014.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方 法，其特征在于在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略為步驟1-1，對于任意節(jié)點u，獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中； 步驟1-2，遍歷任意節(jié)點u的鄰居集Nu中的所有鄰居節(jié)點，提取出與任意節(jié)點u的距離 在約束距離Dft(C^dtl)范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點，放入約束鄰居集CNu中；其中，約束距離0:&(0，(1(|)中的右邊界值dQ等于感知半徑rjPDft(0，r)； 步驟1-3，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算出約束鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點對任意節(jié)點u感 知區(qū)域的覆蓋度CDu (簡稱為鄰-節(jié)覆蓋度CDu)；步驟1-4，判斷該鄰-節(jié)覆蓋度CDu是否滿足同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋度Kh對任意節(jié)點u感知區(qū) 域的覆蓋度要求；若滿足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)；若 不滿足轉(zhuǎn)入步驟1-5 ；步驟1-5，當同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不允許覆蓋空洞存在時，任意節(jié)點u保持工作狀態(tài)；當同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 允許覆蓋空洞存在時，轉(zhuǎn)入步驟1-6 ；步驟1-6，調(diào)整約束距離D調(diào)(O, (I1)，且Cl1 = do+Ad^J^rxa + Vtoto7),則表明約束 鄰居集CNu中的鄰居節(jié)點范圍已超過同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許空洞的最大范圍，任意節(jié)點u保持工作 狀態(tài)；^iZ1 <rx(l +Vto^r),則轉(zhuǎn)入步驟 1-7 ；Cl1為調(diào)整后的右邊界值；Ad為區(qū)域擴張的步長，通?？扇d = $ ；toler表示同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)允許的空洞占感知區(qū)域的百分比，在本發(fā)明中可設(shè)置為15% 30% ；步驟1-7，依據(jù)調(diào)整后的約束距離Dia (0，(I1)，重新獲取任意節(jié)點u的約束鄰居集CNu， 則任意節(jié)點u的約束鄰居集更新為CNu = Iv1, v4, v6}，轉(zhuǎn)入步驟1-3，直到已判定出任意節(jié) 點u進入休眠狀態(tài)或者保持工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方 法，其特征在于在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓心角覆蓋度的休眠資格判斷策略為步驟2-1，初始化任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus = 0 ； 對于任意節(jié)點u獲取其所有的鄰居節(jié)點，放入鄰居集Nu中，并從鄰居集Nu中選取第一 個鄰居ν ；步驟2-2，計算任意節(jié)點u與其第一個鄰居ν之間的距離Cl^v ；用ru表示任意節(jié)點u在 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的感知半徑，rv表示第一個鄰居ν的感知半徑；步驟2-3，若ru < rv且du_v < rv-ru時，表明任意節(jié)點u的感知區(qū)域包含在第一個鄰居 ν的感知區(qū)域中，則將任意節(jié)點u的覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus增加1，即⑶Plus =⑶Plus+1 ； 步驟2-4，若ru≥rv或du_v≥rv-ru且滿足Srax + 時，表明第一個鄰居 V對任意節(jié)點U的感知區(qū)域有部分覆蓋，則將第一個鄰居V記錄到約束鄰居集CNu中；步驟2-5，從鄰居集Nu中選取下一個鄰居節(jié)點，重復步驟2-2到步驟2-4，直到鄰居集 Nu中的所有節(jié)點處理完畢；步驟2-6，依據(jù)圓心角覆蓋策略，計算約束鄰居集CNu對任意節(jié)點u的鄰-節(jié)覆蓋度CDu ；步驟2-7，依據(jù)覆蓋度調(diào)整變量⑶Plus對鄰-節(jié)覆蓋度⑶u做出調(diào)整，即⑶Uia = CDu+CDPlus；步驟2-8，判斷調(diào)整后的鄰-節(jié)覆蓋度CDuia是否滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對覆蓋度的要求；若滿 足，則判定任意節(jié)點u為冗余節(jié)點，使任意節(jié)點u進入休眠狀態(tài)；若不滿足，則使任意節(jié)點u 保持工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方 法，其特征在于第i個角度是指Z Aux、Z Bux, Z Cux、Z Dux, Z Eux和Z Fux中的之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圓心角覆蓋度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點休眠資格判斷方法，該方法通過計算鄰居節(jié)點對本節(jié)點感知區(qū)域的覆蓋度，來判斷本節(jié)點是否冗余。在圓心角覆蓋策略中通過調(diào)整約束距離不斷增加鄰居節(jié)點數(shù)目來提高覆蓋度，只利用局部節(jié)點的信息，大大降低了計算的復雜度。尤其當網(wǎng)絡(luò)允許一定程度的覆蓋空洞時，與傳統(tǒng)的休眠資格判斷方法相比，本方法可以關(guān)閉更多的冗余節(jié)點，獲得更長的網(wǎng)絡(luò)生存時間。同時，本方法還適用于由感知半徑不同的節(jié)點構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。因此，本方法實用性更高，應用范圍更廣。
文檔編號H04W84/18GK101951615SQ20101024295
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者侯理想, 唐曉嵐, 熊璋, 蒲菊華, 路巖, 辜玉 申請人:北京航空航天大學