CN104394541B - 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法 - Google Patents

一种制造物联网感知覆盖洞修复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104394541B
CN104394541B CN201410605624.6A CN201410605624A CN104394541B CN 104394541 B CN104394541 B CN 104394541B CN 201410605624 A CN201410605624 A CN 201410605624A CN 104394541 B CN104394541 B CN 104394541B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
hole
covering
covering hole
restorative procedure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410605624.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104394541A (zh
Inventor
程良伦
刘军
王涛
王建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong nengge Knowledge Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201410605624.6A priority Critical patent/CN104394541B/zh
Publication of CN104394541A publication Critical patent/CN104394541A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104394541B publication Critical patent/CN104394541B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/04—Arrangements for maintaining operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制造物联网的感知覆盖洞修复方法，针对制造业环境中环境恶劣干扰严重，感知节点故障损坏退出、节点能耗殆尽等，使得容易存在覆盖洞，利用感知节点的移动性来修补覆盖空洞是当前认为较为可行的方法。本发明针对不同感知半径节点、移动节点与静态节点混杂分布的场景下提出一种分布式的覆盖洞修复方法，能够兼顾覆盖效能与能量求解移动感知节点重定位的优化分布组合，使得修复方法兼顾能量消耗以及覆盖效果之间的均衡。

Description

一种制造物联网感知覆盖洞修复方法
技术领域
本发明涉及物联网领域，更具体地，涉及一种制造物联网感知覆盖洞修复方法。
背景技术
网络覆盖是制造物联网服务质量中一项重要内容。其反映传感网对物理空间的观察能力。只有网络覆盖首先满足要求，才能保证网络设计目的能够实现的可能。现实制造业环境部署中，感知节点可能由于高温、恶意攻击、恶劣环境、过度使用和能量缺失等多种原因而发生失效。当网络中由于节点失效或本身随机部署导致出现覆盖洞(Coverage Holes)时，网络无法有效观察目标区域中物理空间，此时需要进行覆盖洞修补(Coverage Holes’Healing)。
依据覆盖洞修补针对的对象不同分为静态、移动以及混合网络等三类。其中混合节点网络以静态感知节点为基础，在其基础上添加一定比例的移动节点作为辅助。当静态网络中出现覆盖洞后，通过移动节点去修补，可以实现节点代价与覆盖率之间的平衡。基于混合节点感知覆盖修复也是本问题大多学者研究的共识。
当前对于物联网的混合异构的覆盖洞修补方法研究大多针对感知半径同构节点，或者覆盖洞理想化为点空洞，同时对于覆盖率和能耗之间兼顾问题考虑较少，许多是集中式算法，比较利于在资源受限的物联网感知层中执行。针对此，面向一般不规则覆盖洞问题提出一种分布式的覆盖洞修补方法，能够兼顾能耗与覆盖率。
针对物联网中感知节点包括静态节点和动态结合混合，感知半径异构，随着网络中的各种情况导致网络中节点失效使得网络覆盖出现覆盖洞。通过移动节点重定位修补覆盖洞。以上方法大多是针对具有相同感知半径和通信半径的节点分布的覆盖洞修补，对于异构节点覆盖场景没有考虑，另外移动感知节点修补时需同时考虑修复后覆盖效果以及消耗的能量。
发明内容
为了克服现有覆盖洞修复愈合的问题，本发明针对异构感知节点覆盖场景提出一种占用资源少，效率高，能够在自组网中运行的基于遗传算法的制造物联网感知覆盖洞修补方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种制造物联网感知覆盖洞修复方法，用于对一般的覆盖洞结合冗余移动节点移动距离以及覆盖效率进行修复，包括以下处理步骤：
S1.识别制造物联网感知区域中各个覆盖洞，在覆盖洞边沿节点选举出一个管理节点；
S2.管理节点向外广播本覆盖洞的面积大小和位置信息，假定每个移动节点移动距离为L，对应转换的跳数为M跳，即向外广播M跳后停止；M是通过L/Rc换算；
S3.各个节点接收到M跳内的覆盖洞信息后，判断覆盖洞是否处于本节点移动范围内，若是则将其加入到候选洞集合Hj中，然后记录该覆盖洞距离L，覆盖洞大小D；
S4.每个节点向周围的覆盖洞管理节点进行反馈，回复本身感知半径以及位置，覆盖洞接收信息后，计算重要因子η，并反馈给各个节点；
S5.各个移动节点接收到范围内的覆盖洞的重要因子η后，依据各个覆盖洞的距离和重要因子进行优先度计算；
S6.各个移动节点向自身优先级最高的覆盖洞发送匹配请求信息，各个覆盖洞接收到节点信息后，依据感知半径大小逐步确认匹配，直至覆盖洞完成所有节点匹配或覆盖洞修补完成；
S7.当一次匹配完成后，未完成修补的覆盖洞重新转入步骤S1。
假定网络中存在有静态节点和移动节点两种随机分布，本发明主要在识别覆盖洞后调度周围的移动节点去修复填补覆盖洞，管理节点是在覆盖洞边缘周围选出的一能量充分的节点，可能为移动或静态节点不定。节点一般来说主要指一般用以修复覆盖洞的移动节点。
在一种优选的方案中，所述步骤S1中管理节点是覆盖洞边沿节点中剩余能量最大，邻居链路最多的节点。
在一种优选的方案中，所述步骤S4中，每个覆盖洞对周围节点给出一个重要度因子，用于衡量本覆盖洞能被修复的能力，重要因子η： 表示第i个覆盖洞hi的面积，Sj表示周围有能力移动到hi范围内的某感知节点。
在一种优选的方案中，在步骤S5中的优先度为E(l)表示该节点移动到覆盖洞的能耗，α和β表示η和E(l)的权重因子，是依据实际需要取值，将优先度值从小到大进行优先级排序，最小值则优先级最高。
上述的优先度可以理解为移动节点对于覆盖洞的优先级衡量，若某洞对于该节点优先级高，而且其能耗少，则对应优先度高，优先修补该覆盖洞。
本发明的有益效果是：所提出的一种物联网的覆盖洞分布式修补方法，依据识别的覆盖洞大小和位置，以及移动感知节点的移动能力、位置、和感知半径来求解覆盖洞修补的最佳移动节点组合。并综合考虑节点能耗和覆盖性能。有效解决了物联网中感知节点异构混杂的情况覆盖洞修补问题，算法是一种分布式算法，占用资源少，效率高，能够在自组网中运行。与已有的修补算法移动能耗和覆盖效能有一定优势。
附图说明
图1是本发明的静态节点覆盖洞示意图。
图2是本发明的移动节点二分匹配示意图。
图3是本发明的算法的覆盖率比较。
图4是本发明的算法的效能比较。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
针对感知节点的部署的随机性、节点能耗殆尽、损坏退出等，使得存在覆盖洞。利用感知节点的移动性来修补覆盖空洞是当前认为较为可行的方法，在本实施例中，在假定感知覆盖洞都已经识别的基础上，在感知节点异构下，提出了一种基于遗传算法的物联网的覆盖洞修补方法。
假定物联网中节点感知半径异构，静态与动态节点混杂，通信能力(即通信能力或通信半径和初始能量一致)一致，通信半径相同。每个节点均具有区域定位能力，能够在网络部署区域内进行自身定位。网络在初始化部署后，整个网络能够连通，每个节点与周围邻居节点交换信息得知自身位置以及网络周围节点位置，构造拓扑图，如图1所示。
通过覆盖洞识别算法识别出的覆盖洞后，洞边界节点向周围广播信息，识别出周围一定范围内的移动节点，标识为表明这些移动节点可以移动到该覆盖洞范围内实现对覆盖洞的修补。
通过调度周围移动节点来实现对于覆盖洞的修补需要考虑保证覆盖洞的最大修补效率以及节点的能耗之间平衡。此问题归咎为覆盖洞的最大覆盖最小能耗修补问题。即理想情况下，通过方法使得调度周围的移动节点修补覆盖洞实现最大化覆盖和最小化能耗。移动节点漏洞修复二分匹配示意图如图2所示。
由于存在某一移动节点既属于漏洞n，也属于漏洞m…，同时包含多个漏洞的潜在修复节点身份。如图2所示，存在有3个大小不一的覆盖洞，另外有5个感知半径异构的移动节点随机分布于目标区域，对覆盖洞进行修补。针对存在的多个移动节点与多个漏洞如何匹配，且在匹配过程中如何考虑最大覆盖以及最小移动距离，该带约束问题是要研究的核心关键问题，这可以转化为一带约束的二分匹配问题。
由于在物联网中各个节点分散，资源有限，不适宜集中式算法，因此提出一种分布式部署方法。
为了优化最优分布的洞与移动节点之间匹配，定义覆盖洞对于移动节点的重要因子η。每个覆盖洞对于周围移动节点的重要因子：
节点对于各个覆盖洞的优先级排序时，优先度定义：
节点修复算法：
步骤1：识别算法识别区域中各个覆盖洞，在覆盖洞边沿节点选举出一个剩余能量最大，邻居链路最多的节点作为每个覆盖洞的管理节点；
步骤2：管理节点向外广播本覆盖洞的面积大小和位置信息，假定每个移动节点移动距离为L，对应转换为跳数为M跳，即向外广播M跳后停止；
步骤3：各个节点接收到M跳内的覆盖洞信息后，判断是否为本节点移动范围内，若是加入到候选洞集合Hj中，然后记录该覆盖洞距离L，覆盖洞大小D；
步骤4：然后每个节点向周围的覆盖洞管理节点进行反馈，回复本身感知半径以及位置，覆盖洞接收信息后，依据前面公式计算重要因子η，并反馈给各个节点；
步骤5：各个移动节点接收到范围内的覆盖洞的重要因子后，依据各个覆盖洞的距离和重要因子进行优先度计算，然后依照其从小打大进行优先级排序，最小则优先级最高；
步骤6：各个移动节点向自身优先级最高的覆盖洞发送匹配请求信息，各个覆盖洞接收到节点信息后，依据感知半径大小逐步确认匹配，直至覆盖洞完成所有节点匹配或覆盖洞修补完成；
步骤7：当一次匹配完成后，未完成修补的覆盖洞重新转入步骤1。
具体的，本实施例对一种物联网覆盖洞修补方法的具体实现过程进行详细的说明。设置假设在100*100m的区域中随机部署若干的静态节点；然后通过随机部署的移动节点去修补。分别设定在不同的静态与移动节点比例场景下的比例，异构感知节点每个实验中有三类不同的半径节点，其比例分别为0.8。对于不同半径组合其所需部署的感知节点数量组合各不相同。感知半径与通信半径比例为1:2。传感器节点能够检测自身传感器节点。移动传感器节点最大移动距离为80m。感知节点半径异构，分为三类，之间比例为0.8。对不同半径大小的感知节点，其部署在同样区域所需的节点组合数量各不相同。其中移动节点部署数量组合，其静态节点于动态节点以及混合节点的数量比例。本方法与同为覆盖洞修补算法的PATT和PHA进行比较，覆盖率略低于PATT算法，但能耗保持较低范围内，效率较高，同时二者优于PHA算法，如图3、4。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种制造物联网感知覆盖洞修复方法，用于对一般的覆盖洞结合冗余移动节点移动距离以及覆盖效率进行修复，其特征在于，包括以下处理步骤：
S1.识别制造物联网感知区域中各个覆盖洞，在覆盖洞边沿节点选举出一个管理节点；
S2.管理节点向外广播本覆盖洞的面积大小和位置信息，假定每个移动节点移动距离为L，对应转换的跳数为M跳，即向外广播M跳后停止；
S3.各个节点接收到M跳内的覆盖洞信息后，判断覆盖洞是否处于本节点移动范围内，若是则将其加入到候选洞集合Hj中，然后记录该覆盖洞距离L，覆盖洞大小D；
S4.每个节点向周围的覆盖洞管理节点进行反馈，回复本身感知半径以及位置，覆盖洞接收信息后，计算重要因子η，并反馈给各个节点；
S5.各个移动节点接收到范围内的覆盖洞的重要因子η后，依据各个覆盖洞的距离和重要因子进行优先度计算；
S6.各个移动节点向自身优先级最高的覆盖洞发送匹配请求信息，各个覆盖洞接收到节点信息后，依据感知半径大小逐步确认匹配，直至覆盖洞完成所有节点匹配或覆盖洞修补完成；
S7.当一次匹配完成后，未完成修补的覆盖洞重新转入步骤S1；
所述步骤S4中，每个覆盖洞对周围节点给出一个重要因子，用于衡量本覆盖洞能被修复的能力，重要因子η： 表示第i个覆盖洞hi的面积，Sj表示周围有能力移动到hi范围内的某感知节点。
2.根据权利要求1所述的制造物联网感知覆盖洞修复方法，其特征在于，所述步骤S1中管理节点是覆盖洞边沿节点中剩余能量最大，邻居链路最多的节点。
3.根据权利要求1所述的制造物联网感知覆盖洞修复方法，其特征在于，在步骤S5中的优先度为E(l)表示该节点移动到覆盖洞的能耗，α和β表示η和E(l)的权重因子，将优先度值从小到大进行优先级排序，最小值则优先级最高。
CN201410605624.6A 2014-10-31 2014-10-31 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法 Active CN104394541B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410605624.6A CN104394541B (zh) 2014-10-31 2014-10-31 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410605624.6A CN104394541B (zh) 2014-10-31 2014-10-31 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104394541A CN104394541A (zh) 2015-03-04
CN104394541B true CN104394541B (zh) 2018-04-27

Family

ID=52612365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410605624.6A Active CN104394541B (zh) 2014-10-31 2014-10-31 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104394541B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105072631B (zh) * 2015-07-17 2018-08-17 中北大学 分布式无线传感器网络覆盖空洞识别方法
CN110602661B (zh) * 2019-08-29 2022-02-25 安徽工业大学 二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法
CN111818007B (zh) * 2020-05-13 2021-08-31 中国科学院软件研究所 一种基于量子遗传算法的漏洞修复收益优先级评估方法及电子装置
CN113490222A (zh) * 2021-06-18 2021-10-08 哈尔滨理工大学 异构无线传感网络覆盖洞修补方法
CN114040416B (zh) * 2021-11-25 2024-05-03 江苏科技大学 一种基于时效性的海面覆盖空洞修复分配方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102361514A (zh) * 2011-10-24 2012-02-22 苏州大学 具有移动节点的监测区域空洞修复方法
CN102724681A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 东北大学 一种结合能量有效性的传感器网络覆盖空洞检测方法
CN103354642A (zh) * 2013-06-06 2013-10-16 东北大学 一种提高移动传感器网络覆盖率的方法
CN103916871A (zh) * 2014-03-07 2014-07-09 广东工业大学 一种制造物联网传感器节点的部署方法
CN103997748A (zh) * 2014-06-06 2014-08-20 上海海事大学 一种基于混合型传感器网络的差异覆盖方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9031571B2 (en) * 2008-04-11 2015-05-12 Alcatel Lucent Methods and apparatus for coverage verification in a wireless sensor network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102361514A (zh) * 2011-10-24 2012-02-22 苏州大学 具有移动节点的监测区域空洞修复方法
CN102724681A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 东北大学 一种结合能量有效性的传感器网络覆盖空洞检测方法
CN103354642A (zh) * 2013-06-06 2013-10-16 东北大学 一种提高移动传感器网络覆盖率的方法
CN103916871A (zh) * 2014-03-07 2014-07-09 广东工业大学 一种制造物联网传感器节点的部署方法
CN103997748A (zh) * 2014-06-06 2014-08-20 上海海事大学 一种基于混合型传感器网络的差异覆盖方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于移动节点的无线传感器网络覆盖洞修复方法;王良民等;《通信学报》;20110430;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104394541A (zh) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104394541B (zh) 一种制造物联网感知覆盖洞修复方法
Lin et al. Double warning thresholds for preemptive charging scheduling in wireless rechargeable sensor networks
Sivasubramani et al. Environmental/economic dispatch using multi-objective harmony search algorithm
Ji et al. Cognitive radios for dynamic spectrum access-dynamic spectrum sharing: A game theoretical overview
RU2012108044A (ru) Способ создания ранжированного списка соседних сот
CN101784061B (zh) 无线接入网的自主负载均衡的实现方法与装置
CN103548375A (zh) 通信方法及装置
CN102595437A (zh) 无线网络管理系统和方法
Wang et al. Robust smart-grid-powered cooperative multipoint systems
CN105531963A (zh) 无线网络中多目标小区关闭的系统和方法
CN103262593A (zh) 确定无线通信系统的核心网络配置的设备和方法
CN109996332A (zh) 驻留的方法和设备
CN103002043B (zh) 用于云环境的资源管理方法和系统
CN103002590A (zh) 无线传感器网络中有向节点的调度方法
CN109756952A (zh) 虚拟无线接入网中以用户设备为中心的统一的系统接入的系统和方法
CN103200583B (zh) 基于单目标禁忌搜索和多目标分散搜索的td-lte自动扇区规划方法
Ding et al. An enhanced cluster head selection of LEACH based on power consumption and density of sensor nodes in wireless sensor networks
Wu et al. Comprehensive cost optimization for charger deployment in multi-hop wireless charging
CN104780535A (zh) 一种多终端协同过程中安全中心节点的认证方法及装置
CN103164745A (zh) 一种基于蚁群算法和多代理技术的维修供应链集成机制
CN106358278B (zh) 一种拓扑动态变化情况下的基站功率自适应方法
CN104244327A (zh) 一种分层异构环境下picocell网优化导频设计方法
CN104333875B (zh) 一种频点调整方法及装置
CN105830482B (zh) 网络节点、在网络节点中的方法和计算机可读介质
CN102833864B (zh) 一种多小区移动通信系统中的无线资源分配方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211026

Address after: 511400 room 209, 2 / F, building 3, No. 318, Waihuan West Road, University Town, Xiaoguwei street, Panyu District, Guangzhou City, Guangdong Province

Patentee after: Guangdong nengge Knowledge Technology Co.,Ltd.

Address before: 510006 No. 100 West Ring Road, Guangzhou University, Guangzhou, Guangdong, Panyu District

Patentee before: GUANGDONG University OF TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right