無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性研究
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3基于代理的不可達節(jié)點解決方案
在本節(jié)，針對第2節(jié)中在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點對于基站不可達的情況，例如，由于障礙物的存在或者位于基站射頻傳輸范圍之外使得一些節(jié)點成為基站不可達節(jié)點，提出了一種在基站可達的節(jié)點中尋找一個節(jié)點作為代理來解決基站與不可達節(jié)點之間連通性問題的方案。
3.1基本思想及定義
首先，給出方案的基本思想以及一些定義。
不失一般性，可以假設(shè)基站至多以2跳的方式
到達所有的部署節(jié)點，對于所有直接到達節(jié)點的跳數(shù)為1，其余的都簡化為2跳，并且認為基站可達的節(jié)點可以作為基站轉(zhuǎn)發(fā)傳感數(shù)據(jù)的中繼節(jié)點。從這些中繼節(jié)點中選出某些節(jié)點作為代理，使其作為基站與不能接收基站信息的不可達節(jié)點之間的通信中介。我們考慮使代理節(jié)點和其周圍基站不可達節(jié)點形成組，代理節(jié)點作為該組的“組長”，負責在基站和基站不可達節(jié)點之間的通信中介。
假設(shè)S為部署在監(jiān)測區(qū)域的節(jié)點集合，|S|=n，基站（basestation）記為B，同時又設(shè)SR和SUR分別為部署區(qū)域內(nèi)基站可達和不可達節(jié)點的集合，SR和SUR定義如下：
值得注意的是，由于在實際部署區(qū)域存在某些節(jié)點其傳輸信號不被其他任何節(jié)點獲悉，如掉入部署區(qū)域深坑的節(jié)點，集合SR∪SUR往往并不等于集合S。因此，在節(jié)點部署階段，使基站為每個傳感器節(jié)點建立以下屬性參數(shù)。
Blink：節(jié)點與基站連接狀態(tài)，取值為0或1，而分屬SR和SUR集合；
Nlist：集合SR中節(jié)點的所有鄰居節(jié)點；
Hlist：在基站信息傳輸范圍之內(nèi)節(jié)點的跳數(shù)表。
Glist：節(jié)點成組的成員參數(shù)。
3.2基于節(jié)點代理的方案
在方案中，使得選取的代理節(jié)點和不可達節(jié)點形成相應(yīng)的組的目的是通過代理使該組中不可達節(jié)點可以與基站連通，因此，方案主要是在集合SR中設(shè)計一到多個代理節(jié)點，負責轉(zhuǎn)發(fā)基站信息到集合SUR中的相關(guān)節(jié)點，同時，負責作為SUR中的相關(guān)節(jié)點的采集信息發(fā)送到基站的中轉(zhuǎn)站。
在設(shè)計代理和不可達節(jié)點的組時，追求一種平衡代理負載的算法以延長代理節(jié)點的壽命，在算法中，基站為每個節(jié)點增加一個屬性參數(shù)，稱為Aid，在集合SUR中用以標識節(jié)點被分配給哪個代理節(jié)點，而其他屬于集合SR中的節(jié)點的Aid=0，另外，基站為集合SR的每個候選代理節(jié)點設(shè)置一屬性參數(shù)Glist用以識別其組成員。組的形成過程描述如下。
1)對于每個節(jié)點
,基站計算其與集合SR中相鄰節(jié)點的Hlist值，并對獲得的節(jié)點Hlist值按照升序排列；
2)對于1)中節(jié)點Hlist排序結(jié)果由低到高（順序），在集合SR中依次為SUR中節(jié)點分配一個代理節(jié)點，此時存在2種情況，處理如下：
if|Hlist(sj)|=1
標記Aid(sj)=si,分配sj到惟一連通的節(jié)點si;加sj到Glist(si)中
else if | Hlist(sj)|>1
為sj計算分配到SR中的多個連通節(jié)點的成本Acost
標記Aid (sj)=sk,當sj分配到集合SR中節(jié)點sk時Acost最小;加sj到Glist(sk)中
在方案中，對于節(jié)點，如果在集合SR中存在多個節(jié)點與其連通，將會選擇與節(jié)點sj具有最小通信代價（此時為sj分配到集合SR中節(jié)點sk的通信成本Acost）的節(jié)點作為其代理，衡量Acost的2個重要因素是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的組成員和“組長”即代理節(jié)點。一種理想的情況是對于SUR中的節(jié)點sj，當其分配到一個組中時，該組的代理節(jié)點應(yīng)滿足在所有的Hlist(sj)中是最小的，即離sj最近的節(jié)點，這樣節(jié)點間的通信能量耗費最小。另一方面，希望在所有的代理節(jié)點之間實現(xiàn)負載均衡以延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，首個節(jié)點“死亡”時間是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要尺度[16,17]。定義節(jié)點sj分配到以節(jié)點sk為代理的相應(yīng)組的代價為
Acost(k)=r1×(sj到通信成本)+r2×|(Glist(sk)|
其中，sj到si通信成本的計算基于節(jié)點sj和si的距離，r1+r2=1，參數(shù)r1和r2是動態(tài)可調(diào)節(jié)的量，取值與Acost(k)中sj到si通信成本和|(Glist(sk)|在節(jié)點成組過程中所占的比重成正比。
4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性判定算法
正確獲悉覆蓋在部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點的連通性相關(guān)信息對網(wǎng)絡(luò)決策、管理、研究與應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)性作用，針對上面建立的一般意義上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型，考慮到現(xiàn)實意義上的基站和智能節(jié)點可以存儲相關(guān)的節(jié)點間路由信息，如基站可以獲悉其他傳感器節(jié)點的能量剩余信息，可以發(fā)送相關(guān)的控制信息與參數(shù)到相應(yīng)節(jié)點，節(jié)點可以存儲、轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)信息并存儲相關(guān)的節(jié)點間路由信息?；诖?，提出了在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之前根據(jù)節(jié)點存儲的相關(guān)參數(shù)信息和路由信息進行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連通性判定的算法。
算法中使用結(jié)構(gòu)類型定義節(jié)點，具體如下：
節(jié)點結(jié)構(gòu)定義
StructNODE{
NodetypeN;//節(jié)點類型，區(qū)分基站和普通節(jié)點
floatE;//節(jié)點能量值
boolv;//節(jié)點訪問標志
NODE*n[];//指向下一跳節(jié)點的指針集
}
算法為基于深度探測的網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性判定算法DBDAFNCJ(depthbaseddetectionalgorithm for network connectivity judgment)，下面具體介紹。
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