摘  要：根据链状巷道WSN定位的需求和节点部署的特点，提出一种适用于链状无线传感器网络的K（K≥3）重覆盖控制算法——LKCC，仿真实验表明：LKCC算法通过休眠机制能有效地延长网络的生命周期。与经典的K重覆盖控制算法CCP相比，该算法能够保证链状网络K（K≥3）重覆盖以及相同的WSN网络生命周期下使用节点个数平均降低34.26%。

关键词：链状巷道;节点部署;覆盖控制;节点数量

中图分类号：TP212.9;TN929.5     文献标识码：A 文章编号：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

本单位因人防项目需要，需对人防地下巷道人员进行长期定位，在无卫星信号和无持续电源供电情况下，本单位产品组将无线传感器网络（WSN）考虑进来。因受巷道地形特点影响，迫使传感器节点沿着狭长巷道部署。传感器节点的随机部署，不仅浪费节点个数，而且易造成节点损坏频繁退出网络[1，2]。采用固定部署方式将节点有规划地部署在巷道的两侧，保障了节点不易遭受人为损坏或自然损坏。但是这样的部署会给同侧两节点的通信带来困难，主要是因为靠近墙壁的两节点是一种非视距、非自由空间的传播通信方式，因此对于巷道相邻节点的通信使用上下两侧节点之间的通信方式，任意相邻三点之间的通信与巷壁构成三角形。

所谓的覆盖控制，就是在保证网络覆盖度和通信连通的前提下，仅将部分节点作为活跃节点，而其余节点都转入低功耗的睡眠状态。这样，网络中活跃节点数量可以降低，减少通信干扰，从而降低WSN的整体能耗[3]。对于巷道移动节点的定位，要想保证一定的定位精度，目标区域对信标节点的个数应有所要求，少则定位精度不高，多则浪费节点能耗。只有保证巷道下WSN相对恒定地处于K（K≥3）重覆盖范围，才能满足移动节点定位过程中需要信标节点的个数。因此，设计出一种能够使用尽可能少的工作节点来达到所期望的覆盖度的算法是很有意义的。Zhang和Hou在已知传感器位置信息的条件下提出了最优完全覆盖算法OGDC[4]，但其是利用正三角形来设计的，对于巷道的链状环境不适合。Xu等人提出GAF算法只考虑到WSN的连通性，并没有考虑WSN的覆盖问题，它是利用正四边形来设计的[5]。下文依据巷道WSN和节点部署的特点以及相邻节点的通信方式设计出一种等腰三角形部署模型，LKCC算法根据此模型执行对链状巷道WSN的覆盖控制，保证使用较少的工作节点来满足链状巷道WSN的K（K≥3）重覆盖。

1  部署策略

根据巷道WSN网络节点部署模型设计，文中引用以下假设：

（1）所有节点同构，即每个节点具有相同的探测半径、通信半径、初始能量、发送功率和接收功率。

（2）采用基于布尔的感知模型，即0/1模型。节点感知半径内发生的事件以概率1感知，而半径之外的事件感知率为0，传感区域定义为一个半径为rs的圆。

（3）所有的传感器节点都处于同一平面。

由于巷道狭长地理特征，参考节点与基站节点通信都采用多跳方式，易造成越离基站近的节点需要转发的数据信息也就越多，消耗的能量也就越大，从而出现靠近基站的节点过早死亡的问题。在巷道的左右两巷壁部署节点时，应该采用非均匀的节点部署策略，这样才能够保证巷道整体网络能耗的均衡性，延长网络生命周期[6]。

根据巷道的相邻节点通信方式的特点，可以把巷道WSN虚拟分成若干个三角形网格，类似于常见覆盖算法中虚拟单元格的划分。然而对于常见的正三角形、正四边形或是正六边形网格也不再适合巷道线型环境，对于巷道划分的三角形网格大部分是普通的三角形，下面介绍如何保证这些普通的三角形网格在巷道长度、寬度以及节点的传感半径rs已知的情况下使用最少的工作节点保证巷道WSN的K（K≥3）重覆盖网络部署模型。

模型：等腰三角形部署网络K（K≥3）重覆盖的最小覆盖集

下面通过固定其巷道的节点布撒的密度和节点的感应半径rs，通过调节巷道的长度L来对LKCC算法和CCP算法对巷道WSN形成的满足K（K≥3）重覆盖的需要的工作节点个数作了统计，统计结果如图4所示，结果对比CCP算法，在满足定位覆盖要求的同时，能使工作的传感器节点个数平均降低34.26%。

4  结  论

针对巷道的地形以及WSN节点部署特点，设计出一种满足定位條件的K重覆盖算法LKCC，相比经典的CCP算法，在保证工作节点满足定位条件的K重覆盖和相同WSN网络生命周期同时，能使传感器节点个数平均降低34.26%。

参考文献：

[1] 闫雒恒，贺昱曜.一种鲁棒的无线传感器网络覆盖空洞修补方法 [J].计算机科学，2017，44（2）：123-128+146.

[2] 田丰，王飞，刘华艳，等.一种线型无线传感器网络部署策略 [J].传感技术学报，2010，23（11）：1633-1637.

[3] 孙泽华，裴二荣，韩昊哲.无线传感器网络中基于网络覆盖的节点睡眠调度机制 [J].计算机应用研究，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] 牛玉刚，杜国杰，贾廷纲.一种基于能耗均衡的分区节点部署算法 [J].控制与决策，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.

作者简介：王飞（1983—），男，汉族，安徽含山人，产品经理，高级工程师，硕士，研究方向：计算机应用技术。