專(zhuān)利名稱(chēng)：基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳感器節(jié)點(diǎn)逐漸朝著微型化、智能化的方向發(fā)展。由這些體積小，成本廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)以其無(wú)處不在的感應(yīng)、計(jì)算特點(diǎn)對(duì)物理世界進(jìn)行有效的感知，進(jìn)一步提高了人類(lèi)獲取客觀信息的能力，并廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、建筑物監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療護(hù)理等多個(gè)領(lǐng)域，具有重要的研究?jī)r(jià)值及應(yīng)用前景。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)收集周?chē)h(huán)境信息并將其發(fā)送給相關(guān)用戶(hù)。在通常情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量有限且多以電
池進(jìn)行供電。在某些特定環(huán)境下電池不易更換，當(dāng)電池電量耗盡時(shí)節(jié)點(diǎn)死亡并退出網(wǎng)絡(luò)，由此可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。因此常常將能耗作為傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的主要因素之一。導(dǎo)致能量浪費(fèi)的原因如下1、碰撞， 一個(gè)發(fā)送分組被損壞后不得不被丟棄，隨后進(jìn)行的分組重傳增加了能耗；2、分組旁聽(tīng)，節(jié)點(diǎn)接收發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)分組時(shí)能量的消耗；3、控制分組開(kāi)銷(xiāo)，控制分組的發(fā)送和接收需要消耗能量；4、空閑偵聽(tīng)，偵聽(tīng)接收可能發(fā)送卻還沒(méi)有發(fā)送分組的時(shí)候需要消耗能量。在很多無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，很多節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都處在長(zhǎng)時(shí)間空閑狀態(tài)，這種情況下空閑偵聽(tīng)是網(wǎng)絡(luò)能量浪費(fèi)的決定因素。
為了減少由于空閑偵聽(tīng)造成的能量消耗，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)地關(guān)閉無(wú)線射頻功能來(lái)節(jié)省能量的開(kāi)銷(xiāo)，使部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，在需要收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)候才變?yōu)榛钴S狀態(tài)。
目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，一些節(jié)點(diǎn)采用簇頭方式的區(qū)域休眠控制算法，即維持簇內(nèi)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作，其他節(jié)點(diǎn)輪流休眠喚醒。在這種休眠算法中，應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)覆蓋率要求越高，區(qū)域休眠控制算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的區(qū)域約束半徑要求也越小。因此，在某些情況下，只有少數(shù)節(jié)點(diǎn)能夠滿足區(qū)域休眠控制的觸發(fā)條件，形成以簇為單位的集合。因此迫切需要一種更好的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠機(jī)制來(lái)彌補(bǔ)區(qū)域性休眠策略的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地關(guān)閉無(wú)線射頻功能的方法，用以減少由于空閑偵聽(tīng)造成的能量消耗；同時(shí)，克服現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠機(jī)制區(qū)域性休眠策略的不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法，其特征是所述方法包括下列步驟
步驟h分布式休眠過(guò)程啟動(dòng)后，判斷無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)中的待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是正在使用的路由的中間節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，如果是，則執(zhí)行歩驟13;否則，執(zhí)行步驟2;
步驟2:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)列表中獲取處于激活狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，并根據(jù)分布式冗余判定準(zhǔn)則，判斷所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否處于冗余狀態(tài)；如果是，則執(zhí)行步驟3;否則，執(zhí)行步驟13;
步驟3:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)向同層節(jié)點(diǎn)、所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠通告報(bào)文，并啟動(dòng)休眠通告定時(shí)器；
步驟4:所述前向節(jié)點(diǎn)收到所述休眠通告報(bào)文后，直接將鄰居節(jié)點(diǎn)列表中所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修改為休眠狀態(tài)；
6步驟5:所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)收到所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的休眠通告報(bào)文后，檢查自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，判斷所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是所述同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)或者是否是所述后向節(jié)點(diǎn)唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)；如果是，則執(zhí)行步驟6;否則，執(zhí)行歩驟9;
步驟6:所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)向所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠阻止報(bào)文，禁止所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)切換至休眠狀態(tài)；
步驟7:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，收到休眠阻止報(bào)文時(shí)，
檢查被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)地址是否是所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)本身的地址；如果是，所述待
測(cè)節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)終止本輪休眠請(qǐng)求，跳至步驟13;否則，執(zhí)行步驟8;
步驟8:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將以所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的地址作為關(guān)鍵字査找相應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，并將所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修正為激活狀態(tài)，跳至步驟13;
步驟9:所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)將鄰居列表中所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)改為休眠狀態(tài)；
步驟10:在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)未收到休眠阻止報(bào)文，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定休眠定時(shí)器，并關(guān)閉無(wú)線通信模塊正式切換至休眠狀態(tài)；
步驟11:當(dāng)休眠定時(shí)器超時(shí)后，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)向所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的同層節(jié)點(diǎn)、所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠喚醒報(bào)文-，
步驟12:收到所述休眠喚醒報(bào)文的節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)列表的工作狀態(tài)修改為激活狀態(tài)；
歩驟13:本輪分布式休眠過(guò)程結(jié)束。
所述鄰居節(jié)點(diǎn)列表包括字段鄰居節(jié)點(diǎn)地址、剩余能量、位置標(biāo)識(shí)、區(qū)域標(biāo)識(shí)和工作狀態(tài)。
所述分布式冗余判定準(zhǔn)則具體是將所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類(lèi)，第嘆是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，第二類(lèi)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域外但與待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域具有重合感知面積的節(jié)點(diǎn)；則所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的分布式覆蓋率函數(shù)為
P = (1-A)"'+;i[l-(1-/72)"其中，巧， 分別表示落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)、外的節(jié)點(diǎn)數(shù)；^是第一類(lèi)節(jié)
點(diǎn)對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域的平均覆蓋率、^是第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域的
平均覆蓋率；義為第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)和第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)在覆蓋時(shí)的權(quán)重；當(dāng)所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的分布式覆蓋率函數(shù)大于等于設(shè)定值時(shí)，即被判定為處于冗余狀態(tài)。
所述同層節(jié)點(diǎn)是指在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)具有相同跳數(shù)的節(jié)點(diǎn)。
所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)相鄰，并且在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)值小于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。
所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)相鄰，并且在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)值大于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。
所述休眠通告報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址。
所述休眠阻止報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址和報(bào)文目的地址。
所述休眠喚醒報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址。
所述休眠通告定時(shí)器設(shè)定的定時(shí)時(shí)間是
cfe/"少="+ A: x ，
五爐
其中a為基本延時(shí)；^"為節(jié)點(diǎn)初始能量值；e為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量值；*為設(shè)
定值，表示延時(shí)對(duì)剩余能量的依附程度。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)局部鄰居節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)估計(jì)本節(jié)點(diǎn)的感知覆蓋區(qū)域是否能被相鄰節(jié)點(diǎn)的感知覆蓋范圍所覆蓋，以達(dá)到應(yīng)用所需的最小感知覆蓋度。本發(fā)明提供的方法對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)間距離進(jìn)行估計(jì)，并通過(guò)二項(xiàng)分布對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)
8域覆蓋率進(jìn)行估算。該方法在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)，可使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同的應(yīng)用感知，進(jìn)行自適應(yīng)休眠任務(wù)的調(diào)節(jié)。


圖1是基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法原理圖；圖2是基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法流程圖；圖3是鄰居節(jié)點(diǎn)列表結(jié)構(gòu)圖4是分布式冗余判定準(zhǔn)則的節(jié)點(diǎn)分類(lèi)示意圖；圖5是節(jié)點(diǎn)感知重疊區(qū)域研究模型示意圖；圖6是休眠通告報(bào)文結(jié)構(gòu)圖；圖7是休眠阻止報(bào)文結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
圖1是基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法原理圖。圖1中，
本發(fā)明通過(guò)節(jié)點(diǎn)q對(duì)局部鄰居節(jié)點(diǎn)q、 o3、 o4、 05信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，來(lái)估計(jì)本節(jié)點(diǎn)q的感知覆蓋區(qū)域是否能被相鄰節(jié)點(diǎn)q、 o3、 o4、 05的感知覆蓋范圍所
覆蓋，從而達(dá)到應(yīng)用所需的最小感知覆蓋度。
圖2是基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法流程圖。圖2中，
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括如下步驟
步驟101:分布式休眠過(guò)程啟動(dòng)后，判斷無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)中的待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是正在使用的路由的中間節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，如果是，則執(zhí)行步驟113;否則，執(zhí)行步驟102。路由的中間節(jié)點(diǎn)是指正在被某條路由所使用的節(jié)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)是指產(chǎn)生數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。
因?yàn)槁酚傻闹虚g節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)是正處于工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如果他們不 工作了，那整個(gè)無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)也就失效了。因此，為了不讓正在使用中的路 由中斷和保證源數(shù)據(jù)的發(fā)送，使路由中間節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)分布式休眠 過(guò)程。
歩驟102:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)列表中獲取處于激活狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn) 個(gè)數(shù)，并根據(jù)分布式冗余判定準(zhǔn)則，判斷所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否處于冗余狀態(tài)。
圖3是鄰居節(jié)點(diǎn)列表結(jié)構(gòu)圖。圖3中，鄰居節(jié)點(diǎn)列表包括字段鄰居節(jié)點(diǎn) 地址、剩余能量、位置標(biāo)識(shí)、區(qū)域標(biāo)識(shí)和工作狀態(tài)。其中，鄰居節(jié)點(diǎn)地址占用 8個(gè)字節(jié)、剩余能量占用4個(gè)字節(jié)、位置標(biāo)識(shí)占用1個(gè)字節(jié)、區(qū)域標(biāo)識(shí)占用1 個(gè)字節(jié)、工作狀態(tài)占用1個(gè)字節(jié)。
分布式冗余判定準(zhǔn)則具體是將待測(cè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類(lèi)，第一 類(lèi)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，第二類(lèi)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域外但與 待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域具有重合感知面積的節(jié)點(diǎn)。
待測(cè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)是指與待測(cè)節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍內(nèi)可以到達(dá)的 所有節(jié)點(diǎn)的集合。與待測(cè)節(jié)點(diǎn)之間只有一跳，也就是此節(jié)點(diǎn)和待測(cè)節(jié)點(diǎn)的路由 通信之間不經(jīng)過(guò)其他節(jié)點(diǎn)。
待測(cè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域是指假設(shè)在二維坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)Z的坐標(biāo)為Oc,J,)， i ,為感知半徑，則節(jié)點(diǎn)/的感知覆蓋范圍為D,Kx，力l(x-x,)2 + 0-y,)22iO。節(jié) 點(diǎn)只能對(duì)感知覆蓋區(qū)域內(nèi)的情況進(jìn)行感應(yīng)及數(shù)據(jù)的采集。
圖3是分布式冗余判定準(zhǔn)則的節(jié)點(diǎn)分類(lèi)示意圖。圖3中，假設(shè)O為待測(cè)節(jié) 點(diǎn)，A為感知半徑，第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域I內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，第二類(lèi) 節(jié)點(diǎn)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域外但與待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域具有重合感知面積II的節(jié)點(diǎn)。
通過(guò)概率的方法，我們可以計(jì)算得出兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域的重合 面積的期望。然后利用統(tǒng)計(jì)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量，通過(guò)二項(xiàng)分布來(lái)近似估計(jì)待測(cè)節(jié) 點(diǎn)被其他節(jié)點(diǎn)所覆蓋的概率。
圖4是節(jié)點(diǎn)感知重疊區(qū)域研究模型示意圖。如圖4所示，可分別列出節(jié)點(diǎn)/、
y的中心感知區(qū)域方程
<formula>formula see original document page 11</formula>
因此，可計(jì)算得出感知重合面積為S<formula>formula see original document page 11</formula>
在節(jié)點(diǎn)均勻分布的情況下，對(duì)落在中心感知區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的感知重合面積求期 望，可得到節(jié)點(diǎn)對(duì)中心感知區(qū)域的平均覆蓋面積為<formula>formula see original document page 11</formula>
同理可得，中心節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域外的節(jié)點(diǎn)對(duì)中心感知區(qū)域的平均覆蓋面積為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，乂為節(jié)點(diǎn)的感知半徑，i '表示與中心節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域相交的 凡
節(jié)點(diǎn)距離中心節(jié)點(diǎn)的最遠(yuǎn)位置距離?！稙閮杜c感知半徑A的比值，《=力凡。
由此可得出中心感知區(qū)域內(nèi)、外的節(jié)點(diǎn)對(duì)中心感知區(qū)域的平均覆蓋率分別 為
<formula>formula see original document page 11</formula>考慮到即便在節(jié)點(diǎn)足夠多的情況下處于感知區(qū)域外的節(jié)點(diǎn)也很難達(dá)到對(duì)
中心感知區(qū)域的全覆蓋。故在分布式覆蓋率中引入了變量;i，用于表示中心感
知區(qū)域內(nèi)、外的節(jié)點(diǎn)在覆蓋時(shí)的權(quán)重。利用二項(xiàng)分布，我們便可推出節(jié)點(diǎn)分布 式覆蓋率函數(shù)
i^i—(1-a)"'+;i[1—(1-p，]
其中，",，"2分別表示落在節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)、外的節(jié)點(diǎn)數(shù)；a是第一類(lèi)節(jié)
點(diǎn)對(duì)中心感知區(qū)域的平均覆蓋率、^是第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)中心感知區(qū)域的平均覆蓋 率；A為第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)和第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)在覆蓋時(shí)的權(quán)重；當(dāng)所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的分布式 覆蓋率函數(shù)大于等于設(shè)定值p皿J寸，即當(dāng)
則被判定為處于冗余狀態(tài)。
如果待測(cè)節(jié)點(diǎn)處于冗余狀態(tài)，則執(zhí)行步驟103;否則，執(zhí)行歩驟113。 步驟103:待測(cè)節(jié)點(diǎn)向同層節(jié)點(diǎn)、待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向
節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠通告報(bào)文，并啟動(dòng)休眠通告定時(shí)器。
其中，同層節(jié)點(diǎn)是指在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)具有相同跳數(shù)的 節(jié)點(diǎn)。待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)相鄰，并且在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中跳數(shù)值小于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn) 相鄰，并且在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)值大于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。
圖6是休眠通告報(bào)文結(jié)構(gòu)圖。圖6中，休眠通告報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型 和報(bào)文源地址；其中，報(bào)文類(lèi)型站l個(gè)字節(jié)，報(bào)文源地址占8個(gè)字節(jié)。
休眠通告定時(shí)器用于設(shè)定休眠通告的響應(yīng)時(shí)間。由于能量相對(duì)較少的節(jié)點(diǎn) 更需要獲得休眠的機(jī)會(huì)，因此將延時(shí)定義為與剩余能量相關(guān)的函數(shù)。延時(shí)函數(shù) 定義為<formula>formula see original document page 13</formula>
其中"為基本延時(shí)，^"為節(jié)點(diǎn)初始能量值，e為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量值，^表示 延時(shí)對(duì)剩余能量的依附程度并根據(jù)特定的應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。
步驟104:前向節(jié)點(diǎn)收到所述休眠通告報(bào)文后，直接將鄰居節(jié)點(diǎn)列表中待 測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修改為休眠狀態(tài)。
為防止休眠對(duì)路由性能產(chǎn)生影響，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)收到休眠通告報(bào)文后會(huì)根據(jù)自 己與通告休眠的節(jié)點(diǎn)間的位置關(guān)系做出不同的處理。由于待測(cè)節(jié)點(diǎn)休眠只會(huì)對(duì) 以待測(cè)節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)及同層節(jié)點(diǎn)的路由產(chǎn)生影響，故前向節(jié) 點(diǎn)收到該報(bào)文后直接將鄰居節(jié)點(diǎn)列表中待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修改為休眠狀態(tài)。
步驟105:同層節(jié)點(diǎn)或后向節(jié)點(diǎn)收到待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的休眠通告報(bào)文后，檢 査自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，判斷待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的 節(jié)點(diǎn)或者是否是后向節(jié)點(diǎn)唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)。
如果待測(cè)節(jié)點(diǎn)是同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，則待測(cè)節(jié)點(diǎn)不能進(jìn) 入休眠狀態(tài)。這是因?yàn)榇藭r(shí)待測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，則待測(cè)節(jié)點(diǎn)所在層的所有 節(jié)點(diǎn)都處于未激活的狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由到達(dá)該層后，會(huì)無(wú)法繼續(xù)路由工作。
同樣的道理，待測(cè)節(jié)點(diǎn)是后向節(jié)點(diǎn)唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)，則待測(cè) 節(jié)點(diǎn)也不能進(jìn)入休眠狀態(tài)。
所以，當(dāng)待測(cè)節(jié)點(diǎn)是同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)或者是后向節(jié)點(diǎn) 唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)時(shí)，則執(zhí)行步驟106;否則，執(zhí)行步驟109。
步驟106:同層節(jié)點(diǎn)或后向節(jié)點(diǎn)向待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠阻止報(bào)文，禁止所述 待測(cè)節(jié)點(diǎn)切換至休眠狀態(tài)。
由于此時(shí)待測(cè)節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)入休眠狀態(tài)，所以同層節(jié)點(diǎn)或后向節(jié)點(diǎn)通過(guò)向待 測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠阻止報(bào)文，禁止待測(cè)節(jié)點(diǎn)切換至休眠狀態(tài)。
圖7是休眠阻止報(bào)文結(jié)構(gòu)圖。圖7中，休眠阻止報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址和報(bào)文目的地址。其中，報(bào)文類(lèi)型占用l個(gè)字節(jié)、報(bào)文源地址占用 8個(gè)字節(jié)、報(bào)文目的地址占用8個(gè)字節(jié)。
步驟107:待測(cè)節(jié)點(diǎn)在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，收到休眠阻止報(bào)文時(shí)，檢 查被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)地址是否是待測(cè)節(jié)點(diǎn)本身的地址。如果是，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn) 將自動(dòng)終止本輪休眠請(qǐng)求，跳至步驟113;否則，執(zhí)行步驟108。
步驟108:所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將以所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的地址作為關(guān)鍵字査 找相應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，并將所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修正為激活狀
態(tài)，跳至步驟113。
步驟109:將同層節(jié)點(diǎn)或后向節(jié)點(diǎn)將鄰居列表中待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)改為 休眠狀態(tài)，默認(rèn)其在休眠通告定時(shí)器超時(shí)后自動(dòng)轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)。
步驟110:在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，待測(cè)節(jié)點(diǎn)未收到休眠阻止報(bào)文，待 測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定休眠定時(shí)器，并關(guān)閉無(wú)線通信模塊正式切換至休眠狀態(tài)。
步驟111:當(dāng)休眠定時(shí)器超時(shí)后，待測(cè)節(jié)點(diǎn)向所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的同層節(jié)點(diǎn)、 所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠喚醒報(bào)文。
其中，休眠喚醒報(bào)文與休眠通告報(bào)文的結(jié)構(gòu)一樣。
步驟112:收到所述休眠喚醒報(bào)文的節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)列表的工作狀態(tài) 修改為激活狀態(tài)。
步驟113:本輪分布式休眠過(guò)程結(jié)束。
在步驟113之后，可以重復(fù)上述步驟101-步驟113開(kāi)始新一輪的分布式 休眠過(guò)程。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)局部鄰居節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)估計(jì)本節(jié)點(diǎn)的感知覆蓋區(qū)域 是否能被相鄰節(jié)點(diǎn)的感知覆蓋范圍所覆蓋，以達(dá)到應(yīng)用所需的最小感知覆蓋 度。分布式休眠機(jī)制中對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)間距離進(jìn)行估計(jì)，并通過(guò)二項(xiàng)分布對(duì)節(jié)點(diǎn) 區(qū)域覆蓋率進(jìn)行估算。該方法在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)對(duì)感知覆蓋也有一定
程度的維護(hù)，具有方法簡(jiǎn)便，成本低廉，不需要配置GPS等定位設(shè)備，可根據(jù)不同的應(yīng)用感知要求進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)以及靈活的分布式機(jī)制等特點(diǎn)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1分布式休眠過(guò)程啟動(dòng)后，判斷無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)中的待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是正在使用的路由的中間節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，如果是，則執(zhí)行步驟13；否則，執(zhí)行步驟2；步驟2所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)列表中獲取處于激活狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，并根據(jù)分布式冗余判定準(zhǔn)則，判斷所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否處于冗余狀態(tài)；如果是，則執(zhí)行步驟3；否則，執(zhí)行步驟13；步驟3所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)向同層節(jié)點(diǎn)、所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠通告報(bào)文，并啟動(dòng)休眠通告定時(shí)器；步驟4所述前向節(jié)點(diǎn)收到所述休眠通告報(bào)文后，直接將鄰居節(jié)點(diǎn)列表中所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修改為休眠狀態(tài)；步驟5所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)收到所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的休眠通告報(bào)文后，檢查自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，判斷所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)是否是所述同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)或者是否是所述后向節(jié)點(diǎn)唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)；如果是，則執(zhí)行步驟6；否則，執(zhí)行步驟9；步驟6所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)向所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠阻止報(bào)文，禁止所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)切換至休眠狀態(tài)；步驟7所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，收到休眠阻止報(bào)文時(shí)，檢查被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)地址是否是所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)本身的地址；如果是，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)終止本輪休眠請(qǐng)求，跳至步驟13；否則，執(zhí)行步驟8；步驟8所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)將以所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的地址作為關(guān)鍵字查找相應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，并將所述被禁止休眠的節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修正為激活狀態(tài)，跳至步驟13；步驟9所述同層節(jié)點(diǎn)或所述后向節(jié)點(diǎn)將鄰居列表中所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)改為休眠狀態(tài)；步驟10在休眠通告定時(shí)器超時(shí)前，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)未收到休眠阻止報(bào)文，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定休眠定時(shí)器，并關(guān)閉無(wú)線通信模塊正式切換至休眠狀態(tài)；步驟11當(dāng)休眠定時(shí)器超時(shí)后，所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)向所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的同層節(jié)點(diǎn)、所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)和所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠喚醒報(bào)文；步驟12收到所述休眠喚醒報(bào)文的節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)列表的工作狀態(tài)修改為激活狀態(tài)；步驟13本輪分布式休眠過(guò)程結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述鄰居節(jié)點(diǎn)列表包括字段鄰居節(jié)點(diǎn)地址、剩余能量、位置標(biāo) 識(shí)、區(qū)域標(biāo)識(shí)和工作狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述分布式冗余判定準(zhǔn)則具體是將所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié) 點(diǎn)分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，第二類(lèi)是落在待測(cè)節(jié)點(diǎn) 感知區(qū)域外但與待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域具有重合感知面積的節(jié)點(diǎn)；則所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的 分布式覆蓋率函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，巧，w2分別表示落在待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域內(nèi)、外的節(jié)點(diǎn)數(shù)；^是第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域的平均覆蓋率、^是第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域的平均覆蓋率；義為第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)和第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)在覆蓋時(shí)的權(quán)重；當(dāng)所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的分布 式覆蓋率函數(shù)大于等于設(shè)定值時(shí)，即被判定為處于冗余狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述同層節(jié)點(diǎn)是指在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)具有相同 跳數(shù)的節(jié)點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的前向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)相鄰，并且在無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)值小于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的后向節(jié)點(diǎn)是指與所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)相鄰，并且在無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)值大于所述待測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法，其特征是所述休眠通告報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述休眠阻止報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址和報(bào)文目的 地址。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠 方法，其特征是所述休眠喚醒報(bào)文包括字段報(bào)文類(lèi)型、報(bào)文源地址。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法，其特征是所述休眠通告定時(shí)器設(shè)定的定時(shí)時(shí)間是<formula>formula see original document page 4</formula>其中。為基本延時(shí)；^""為節(jié)點(diǎn)初始能量值；e為節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量值；yt為設(shè)定值， 表示延時(shí)對(duì)剩余能量的依附程度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于概率統(tǒng)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式休眠方法。分布式休眠過(guò)程啟動(dòng)后，當(dāng)待測(cè)節(jié)點(diǎn)處于冗余狀態(tài)時(shí)，待測(cè)節(jié)點(diǎn)向同層節(jié)點(diǎn)、前向節(jié)點(diǎn)和后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠通告報(bào)文；前向節(jié)點(diǎn)將鄰居節(jié)點(diǎn)列表中待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)修改為休眠狀態(tài)；當(dāng)待測(cè)節(jié)點(diǎn)不是同層節(jié)點(diǎn)中唯一處于激活狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)或者不是后向節(jié)點(diǎn)唯一處于激活狀態(tài)的前向節(jié)點(diǎn)，同層節(jié)點(diǎn)和后向節(jié)點(diǎn)將鄰居列表中待測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)改為休眠狀態(tài)；待測(cè)節(jié)點(diǎn)關(guān)閉無(wú)線通信模塊正式切換至休眠狀態(tài)；當(dāng)休眠定時(shí)器超時(shí)后，待測(cè)節(jié)點(diǎn)向同層節(jié)點(diǎn)、前向節(jié)點(diǎn)和后向節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠喚醒報(bào)文。本發(fā)明在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的同時(shí)，可使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同的應(yīng)用感知，進(jìn)行自適應(yīng)休眠調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H04W16/00GK101662777SQ20091009205
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者張宏科, 鵬 杜, 梁露露, 牛延超, 濤 鄭, 高德云 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)