摘 ?要：根據(jù)鏈狀巷道WSN定位的需求和節(jié)點部署的特點，提出一種適用于鏈狀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的K（K≥3）重覆蓋控制算法——LKCC，仿真實驗表明：LKCC算法通過休眠機(jī)制能有效地延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。與經(jīng)典的K重覆蓋控制算法CCP相比，該算法能夠保證鏈狀網(wǎng)絡(luò)K（K≥3）重覆蓋以及相同的WSN網(wǎng)絡(luò)生命周期下使用節(jié)點個數(shù)平均降低34.26%。

關(guān)鍵詞：鏈狀巷道;節(jié)點部署;覆蓋控制;節(jié)點數(shù)量

中圖分類號：TP212.9;TN929.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）21-0053-03

A WSN Positioning Coverage Control Algorithm for Chain Roadway

WANG Fei

（Anhui Sun Create Electronics Co.，Ltd.，Hefei ?230088，China）

Abstract：According to the requirements of WSN positioning in chain roadway and the characteristics of node deployment，a K-coverage（K≥3）control algorithm LKCC is proposed for chain wireless sensor networks. The simulation experiments show that LKCC algorithm can effectively extend the network life cycle through sleep mechanism. Compared with the classical K-coverage control algorithm CCP，the algorithm can guarantee K-coverage（K≥3）of the chain network and the average number of nodes used in the same WSN network life cycle is reduced by 34.26%.

Keywords：chain roadway;node deployment;coverage control;node number

0 ?引 ?言

本單位因人防項目需要，需對人防地下巷道人員進(jìn)行長期定位，在無衛(wèi)星信號和無持續(xù)電源供電情況下，本單位產(chǎn)品組將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）考慮進(jìn)來。因受巷道地形特點影響，迫使傳感器節(jié)點沿著狹長巷道部署。傳感器節(jié)點的隨機(jī)部署，不僅浪費節(jié)點個數(shù)，而且易造成節(jié)點損壞頻繁退出網(wǎng)絡(luò)[1，2]。采用固定部署方式將節(jié)點有規(guī)劃地部署在巷道的兩側(cè)，保障了節(jié)點不易遭受人為損壞或自然損壞。但是這樣的部署會給同側(cè)兩節(jié)點的通信帶來困難，主要是因為靠近墻壁的兩節(jié)點是一種非視距、非自由空間的傳播通信方式，因此對于巷道相鄰節(jié)點的通信使用上下兩側(cè)節(jié)點之間的通信方式，任意相鄰三點之間的通信與巷壁構(gòu)成三角形。

所謂的覆蓋控制，就是在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和通信連通的前提下，僅將部分節(jié)點作為活躍節(jié)點，而其余節(jié)點都轉(zhuǎn)入低功耗的睡眠狀態(tài)。這樣，網(wǎng)絡(luò)中活躍節(jié)點數(shù)量可以降低，減少通信干擾，從而降低WSN的整體能耗[3]。對于巷道移動節(jié)點的定位，要想保證一定的定位精度，目標(biāo)區(qū)域?qū)π艠?biāo)節(jié)點的個數(shù)應(yīng)有所要求，少則定位精度不高，多則浪費節(jié)點能耗。只有保證巷道下WSN相對恒定地處于K（K≥3）重覆蓋范圍，才能滿足移動節(jié)點定位過程中需要信標(biāo)節(jié)點的個數(shù)。因此，設(shè)計出一種能夠使用盡可能少的工作節(jié)點來達(dá)到所期望的覆蓋度的算法是很有意義的。Zhang和Hou在已知傳感器位置信息的條件下提出了最優(yōu)完全覆蓋算法OGDC[4]，但其是利用正三角形來設(shè)計的，對于巷道的鏈狀環(huán)境不適合。Xu等人提出GAF算法只考慮到WSN的連通性，并沒有考慮WSN的覆蓋問題，它是利用正四邊形來設(shè)計的[5]。下文依據(jù)巷道WSN和節(jié)點部署的特點以及相鄰節(jié)點的通信方式設(shè)計出一種等腰三角形部署模型，LKCC算法根據(jù)此模型執(zhí)行對鏈狀巷道WSN的覆蓋控制，保證使用較少的工作節(jié)點來滿足鏈狀巷道WSN的K（K≥3）重覆蓋。

1 ?部署策略

根據(jù)巷道WSN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署模型設(shè)計，文中引用以下假設(shè)：

（1）所有節(jié)點同構(gòu)，即每個節(jié)點具有相同的探測半徑、通信半徑、初始能量、發(fā)送功率和接收功率。

（2）采用基于布爾的感知模型，即0/1模型。節(jié)點感知半徑內(nèi)發(fā)生的事件以概率1感知，而半徑之外的事件感知率為0，傳感區(qū)域定義為一個半徑為rs的圓。

（3）所有的傳感器節(jié)點都處于同一平面。

由于巷道狹長地理特征，參考節(jié)點與基站節(jié)點通信都采用多跳方式，易造成越離基站近的節(jié)點需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)信息也就越多，消耗的能量也就越大，從而出現(xiàn)靠近基站的節(jié)點過早死亡的問題。在巷道的左右兩巷壁部署節(jié)點時，應(yīng)該采用非均勻的節(jié)點部署策略，這樣才能夠保證巷道整體網(wǎng)絡(luò)能耗的均衡性，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期[6]。

根據(jù)巷道的相鄰節(jié)點通信方式的特點，可以把巷道WSN虛擬分成若干個三角形網(wǎng)格，類似于常見覆蓋算法中虛擬單元格的劃分。然而對于常見的正三角形、正四邊形或是正六邊形網(wǎng)格也不再適合巷道線型環(huán)境，對于巷道劃分的三角形網(wǎng)格大部分是普通的三角形，下面介紹如何保證這些普通的三角形網(wǎng)格在巷道長度、寬度以及節(jié)點的傳感半徑rs已知的情況下使用最少的工作節(jié)點保證巷道WSN的K（K≥3）重覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署模型。

模型：等腰三角形部署網(wǎng)絡(luò)K（K≥3）重覆蓋的最小覆蓋集

下面通過固定其巷道的節(jié)點布撒的密度和節(jié)點的感應(yīng)半徑rs，通過調(diào)節(jié)巷道的長度L來對LKCC算法和CCP算法對巷道WSN形成的滿足K（K≥3）重覆蓋的需要的工作節(jié)點個數(shù)作了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示，結(jié)果對比CCP算法，在滿足定位覆蓋要求的同時，能使工作的傳感器節(jié)點個數(shù)平均降低34.26%。

4 ?結(jié) ?論

針對巷道的地形以及WSN節(jié)點部署特點，設(shè)計出一種滿足定位條件的K重覆蓋算法LKCC，相比經(jīng)典的CCP算法，在保證工作節(jié)點滿足定位條件的K重覆蓋和相同WSN網(wǎng)絡(luò)生命周期同時，能使傳感器節(jié)點個數(shù)平均降低34.26%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閆雒恒，賀昱曜.一種魯棒的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞修補方法 [J].計算機(jī)科學(xué)，2017，44（2）：123-128+146.

[2] 田豐，王飛，劉華艷，等.一種線型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署策略 [J].傳感技術(shù)學(xué)報，2010，23（11）：1633-1637.

[3] 孫澤華，裴二榮，韓昊哲.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的節(jié)點睡眠調(diào)度機(jī)制 [J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2016，33（9）：2731-2734+2742.

[4] ZHANG H H，HOU J C. Maintaining Sensing Coverage and Connectivity in Large Sensor Networks [J].Ad Hoc & Sensor Wireless Networks，2005，1（1-2）：89-124.

[5] XU Y，HEIDEMANN J，ESTRIN D. Geography-Informed energy conservation for ad hoc routing [C]//Proceedings of the 7th annual international conference on Mobile computing and networking.New York：Association for Computing Machinery New York NY United States，2001：70-84.

[6] 牛玉剛，杜國杰，賈廷綱.一種基于能耗均衡的分區(qū)節(jié)點部署算法 [J].控制與決策，2016，31（6）：1021-1026.

[7] NIE H，WU J H. Coexistence of an unstirred chemostat model with Beddington-DeAngelis functional response and inhibitor [J].Nonlinear Analysis：Real World Applications，2010，11（5）：3639-3652.

作者簡介：王飛（1983—），男，漢族，安徽含山人，產(chǎn)品經(jīng)理，高級工程師，碩士，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。