[發(fā)明專利]無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310244955.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103281708A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛續(xù)飛;劉云浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署方法。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。一方面，低成本的傳感器制造在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行的。另一方面，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)（如路由協(xié)議，鏈路調(diào)度協(xié)議，能量功耗）變得越來(lái)越成熟。因此由成千上萬(wàn)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的大規(guī)模、自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)的背景下，我們需要按照環(huán)境專家的建議將配有各種傳感器（如溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器等）的無(wú)線節(jié)點(diǎn)放置于指定位置，對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集。配備有二氧化碳傳感器的節(jié)點(diǎn)因?yàn)楦兄K帶來(lái)的巨大能量消耗的原因，出于節(jié)省能量的目的，只進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和自身數(shù)據(jù)發(fā)送的操作，不為任何其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，因此稱之為感知節(jié)點(diǎn)（Sensor?Node），簡(jiǎn)稱SN；配備有溫濕度傳感器和光照傳感器的節(jié)點(diǎn)除了采集環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)和光照數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送外，在需要的時(shí)候，還可以為其他任何節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，因此稱之為中繼節(jié)點(diǎn)（Relay?Node），簡(jiǎn)稱RN。在環(huán)境學(xué)家為所有SN和RN節(jié)點(diǎn)指定部署位置之后，由于無(wú)線傳輸距離受限的原因，已經(jīng)部署好的環(huán)境監(jiān)控節(jié)點(diǎn)也許無(wú)法形成一個(gè)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而以網(wǎng)絡(luò)孤島的形式存在。因此需要我們布置一定數(shù)量的中繼節(jié)點(diǎn)（RN）將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

在進(jìn)行RN節(jié)點(diǎn)部署時(shí)，尤其在復(fù)雜城市環(huán)境中，由于建筑物對(duì)射頻信號(hào)的阻斷、反射等原因，造成了大量網(wǎng)絡(luò)“黑洞”的存在。這些黑洞不僅使得無(wú)法在黑洞內(nèi)部部署傳感器節(jié)點(diǎn)，甚至造成經(jīng)過(guò)黑洞的無(wú)線傳輸失敗。因此，部署更多RN節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)得以聯(lián)通的關(guān)鍵是在避免使用經(jīng)過(guò)黑洞的無(wú)線鏈路的同時(shí)，盡量減少RN的數(shù)量達(dá)到節(jié)省開(kāi)銷的目的。

如果將所有由環(huán)境學(xué)家選定的SN節(jié)點(diǎn)和RN節(jié)點(diǎn)看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)集合A，那么我們部署更多中繼節(jié)點(diǎn)RN的具體任務(wù)是為每一個(gè)新部署的RN節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)物理位置，使得任何一個(gè)處于集合A中的節(jié)點(diǎn)在滿足如下約束條件的同時(shí)，可以將自己的數(shù)據(jù)只通過(guò)一系列的RN節(jié)點(diǎn)返回到基站（通常某一個(gè)與服務(wù)器相連的RN可以被指定為基站）。

現(xiàn)有方案中，關(guān)于中繼節(jié)點(diǎn)RN部署使得網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的工作主要分為兩大類，即單層節(jié)點(diǎn)部署方法和雙層節(jié)點(diǎn)部署方法。單層節(jié)點(diǎn)部署方法是假設(shè)SN和RN均參與轉(zhuǎn)發(fā)從其他節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包。基本上，他們定義單層節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題為一個(gè)有最小數(shù)量的Steiner點(diǎn)和有限邊長(zhǎng)的Steiner最小樹(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署方法，包括以下步驟：在預(yù)設(shè)區(qū)域設(shè)置多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳感器，其中，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳感器包括感知節(jié)點(diǎn)傳感器、中繼節(jié)點(diǎn)傳感器，且指定任意一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳感器作為基站；根據(jù)所述感知節(jié)點(diǎn)傳感器和中繼節(jié)點(diǎn)傳感器的傳輸半徑構(gòu)建多個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)；計(jì)算所述多個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)中每個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)與所述基站的連通路徑，其中，所述聯(lián)通路徑中不存在妨礙數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼系K物；以及根據(jù)所述每個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)與所述基站的聯(lián)通路徑和所述多個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)之間的位置關(guān)系布置中繼節(jié)點(diǎn)傳感器。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述聯(lián)通路徑使所述每個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)到所述基站的長(zhǎng)度的總和最小。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)的每個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)包括一個(gè)所述感知節(jié)點(diǎn)傳感器和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳感器。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)所述每個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)與所述基站的聯(lián)通路徑和所述多個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)之間的位置關(guān)系布置中繼節(jié)點(diǎn)傳感器，進(jìn)一步包括：如果第一聯(lián)通子網(wǎng)沒(méi)有可使用的其他聯(lián)通子網(wǎng)，則根據(jù)第一聯(lián)通子網(wǎng)與與所述基站之間的最短路徑的距離布置N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳感器，其中，N為正整數(shù)；如果第一聯(lián)通子網(wǎng)有可使用的其他聯(lián)通子網(wǎng)，則所述第一聯(lián)通子網(wǎng)與所述可用的其他聯(lián)通子網(wǎng)之間布置布置多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳感器。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述聯(lián)通子網(wǎng)中的任意一個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)或者任意兩個(gè)聯(lián)通子網(wǎng)之間存在障礙物時(shí)，通過(guò)添加所述中繼節(jié)點(diǎn)傳感器規(guī)避所述障礙物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述中繼節(jié)點(diǎn)傳感器的布置位置不超過(guò)所述中繼節(jié)點(diǎn)傳感器的最大傳輸距離。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述感知節(jié)點(diǎn)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和自身數(shù)據(jù)的發(fā)送。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，根據(jù)最短路徑布置中繼節(jié)點(diǎn)傳感器，提高中繼節(jié)點(diǎn)的利用率，減少了計(jì)算復(fù)雜度，降低了建設(shè)成本。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。