[發明專利]基于零通信的無線傳感器網絡自動部署方法

有效

• 申請號: 201310253181.4
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103338463A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 劉云浩;孫家廣;吳陳沭;楊錚;何源;劉克彬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，尤其涉及一種基于零通信的無線傳感器網絡自動部署方法。

背景技術

無線傳感器網絡被廣泛應用于環境監測、交通監管、行為分析以及入侵檢測等應用。通常，無線傳感器網絡在特定的目標區域(Region?of?Interest,ROI)中工作。限于特定的應用背景，目標區域往往是陌生的、不可進入的或者是高危地域，比如災后地區、原始森林、甚至戰場等。在這些應用中，傳感器只能通過飛機或機器人等從安全的位置撒放，并形成滿足一定節點密度、覆蓋度等條件的網絡拓撲——而這一點，是難以通過傳感器自身來完成的。因此，需要借助于傳感器部署算法來自動實現傳感器的部署以達到一定的拓撲。部署和覆蓋問題也是無線傳感器網絡的一個基礎議題。

傳統的無線傳感器部署方法分為兩大類：一類利用移動傳感器實現自動部署，稱為自部署方法（Self-deployment）；另一類利用機器人輔助實現自動部署，稱為機載部署（Carrier-based?deployment）。通常來講，傳感器自動部署的目標有三個：1）全覆蓋。即部署足夠數量的節點以覆蓋整個目標區域；2）自終止。即在達成全覆蓋時傳感器節點（或機器人）自動終止部署過程；3）高效能：即在部署過程中能耗開銷（尤其是傳感器上的能耗）盡可能低，以使部署后的傳感器網絡工作壽命盡可能長。

自部署方法采用移動傳感器進行。在這種方法里，移動傳感器扮演機器人的角色：他們可以依據一定的策略自動改變其自身的地理位置以調整網絡結構直至達到某種期望的拓撲。這一類方法在過去得到了廣泛而深入的研究，在原理上已經十分純熟。但由于自部署需要依賴節點的移動能力以及位置信息，需要節點之間的協作與交互，因此其部署的經濟代價和能耗開銷較高。

機載部署一定程度上克服了自部署的這兩點不足。機載部署通過一個或者一組機器人來實現自動部署。機器人裝載了普通的傳感器（不需要移動能力），在目標區域中按照一定的規則移動，并在規定的位置置放傳感器節點，直到所部署的節點覆蓋網絡中的指定區域并達到指定密度。由于機器人相比于傳感器具有較豐富的電池續航能力、通信帶寬、存儲容量以及處理能力，因此它們能更好地執行一些更為復雜的操作。

在機載部署方法中，由于目標區域可能存在不規則的邊界、未知的障礙等，即便機器人能夠檢測到邊界和障礙物，其的部署過程也可能受到干擾甚至被阻斷。同時，由于目標機器人不具備網絡的全部知識，也難以同時保證全覆蓋、自終止和高效能。絕大多數目前已有的機載部署方法都無法保證全覆蓋、自終止，并且全都依賴于傳感器節點之間以及機器人和傳感器之間的通信和協作。這不僅帶來較高的能耗開銷，縮短了傳感網整體的工作壽命，同時還會導致部署過程對單點失效的容忍性降低。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何避免無線傳感器節點之間的通信，從而降低部署過程中的能量開銷。

（二）技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于零通信的無線傳感器網絡自動部署方法，包括：

根據部署的目標區域建立網格坐標，其中，所述部署的起始點為所述網格坐標的原點，所述網格坐標中的頂點位置用于部署無線傳感器節點；

獲取所述部署的當前點；

根據所述當前點獲取所述部署的前向點；

判斷所述當前點是否為回溯點，若是，將所述當前點加入預先設置的回溯棧；

其中，若所述部署遇到死角，將所述部署的位置回溯到所述回溯棧中最新添加的回溯點。

進一步地，根據所述當前點獲取所述部署的前向點包括：

獲取所述當前點的鄰近點集合，所述鄰近點集合包括所述網格坐標頂點中距離所述當前點最近的點；

在所述鄰近點集合中選取尚未部署無線傳感器的空白點；

在所述選取的空白點中選取距離所述原點最近的點作為所述部署的前向點。

進一步地，判斷所述當前點是否為回溯點包括：

根據所述前向點獲取當前部署路徑；

獲取所述當前點的鄰居節點的狀態；

根據所述當前點在所述當前部署路徑的位置關系以及所述鄰居節點的狀態判斷所述當前點是否為回溯點。

進一步地，根據所述當前點在所述當前部署路徑的位置關系以及所述鄰居節點的狀態判斷所述當前點是否為回溯點包括：

若所述當前點位于內擺環直線前進方向，且所述當前點的左向點為空白點，所述當前點的左前點被阻隔，則當前點為回溯點；