[發(fā)明專利]傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410209614.0
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103997751B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳施杰;魏國亮;方思敏;劉青陽;吳娉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04W84/18
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠計算出在目標(biāo)區(qū)域不存在未被傳感器覆蓋的盲路徑的前提下所需傳感器的數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量計算方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器的種類眾多，可探測包括電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。因而在軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等各個領(lǐng)域都有廣泛運用。

在某些特定領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)需要具有監(jiān)測移動侵入物的能力，為了更好、更有效地監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋到整個目標(biāo)區(qū)域。但是在一些特殊情況下，由于軍事、政治或者自然條件等原因，傳感器不能被人為地精確地放置在各個需要的位置上，只能借助飛機或者大炮通過子母彈的形式將傳感器拋散在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，由于傳感器拋散所形成的散布面積和散布密度具有不確定性，所以，很有可能是目標(biāo)區(qū)域存在一條沒有被傳感器覆蓋的盲路徑，從而導(dǎo)致檢測目標(biāo)穿越目標(biāo)區(qū)域但沒有被監(jiān)測到。

因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布的問題一向都是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，目前只能通過拋撒大量的傳感器來減少這種情況的發(fā)生，嚴(yán)重浪費資源。現(xiàn)有技術(shù)中，在做到保證拋散后目標(biāo)區(qū)域不存在盲路徑的前提下，找出所需的傳感器的數(shù)量范圍，目前還沒有針對上述問題快速有效的計算方法，是一個有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠計算出在目標(biāo)區(qū)域不存在未被傳感器覆蓋的盲路徑的前提下所需傳感器的數(shù)量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量計算方法。

本發(fā)明提供的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量計算方法，用于計算出在目標(biāo)區(qū)域M中不存在未被傳感器覆蓋的盲路徑的前提下所需傳感器的數(shù)量N(M)，該數(shù)量N(M)由目標(biāo)區(qū)域M的面積|M|與傳感器的密度λ的乘積得到，作為節(jié)點的每個傳感器的覆蓋范圍是半徑為r的圓所覆蓋的區(qū)域，具體包括以下步驟：(1)將目標(biāo)區(qū)域M用一個最小的正方形包圍起來形成正方形區(qū)域W，并將該正方形區(qū)域W分割為個方格，該正方形區(qū)域W共計包含n個方格的頂點，即、每個方格具有四個頂點和依次連接四個頂點的長度分別為d的四條邊線，(2)任意兩個頂點之間通過多條邊線依次連接形成對應(yīng)于該兩個頂點的路徑，當(dāng)路徑完全被傳感器覆蓋時該路徑為L關(guān)閉路徑，當(dāng)路徑未完全被傳感器覆蓋時該路徑為L開放路徑，當(dāng)路徑完全未被傳感器覆蓋時該路徑為S開放路徑，當(dāng)路徑被傳感器部分覆蓋或完全覆蓋時該路徑為S關(guān)閉路徑，(3)將目標(biāo)區(qū)域M中被傳感器完全覆蓋的頂點和邊線的集合定義為S型覆蓋區(qū)域，將目標(biāo)區(qū)域M中被傳感器部分覆蓋或完全覆蓋的頂點和邊線的集合定義為L型覆蓋區(qū)域，(4)當(dāng)目標(biāo)區(qū)域M中任意一條路徑屬于S關(guān)閉路徑的概率值P_S不大于0.5時，則判定該目標(biāo)區(qū)域M中存在盲路徑，此時計算可得密度λ的最小密度λ_S，即λs＝max{λ：P_S≤0.5}，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域M中任意一條路徑屬于L關(guān)閉路徑的概率值P_L不小于0.5時，則判定該目標(biāo)區(qū)域M中不存在盲路徑，此時計算可得密度λ的最大密度λ_L，即λ_L＝min{λ：P_L≥0.5}，(5)將目標(biāo)區(qū)域M中傳感器的數(shù)量N(M)設(shè)定為K，可得：目標(biāo)區(qū)域M中數(shù)量N(M)為K的概率值P{N(M)＝K}的計算公式，即在目標(biāo)區(qū)域M中，任取一條邊線作為路徑，將圓的圓心由該路徑一端的頂點沿該路徑移動至另一端的頂點時圓所覆蓋的區(qū)域作為第一子區(qū)域A，該第一子區(qū)域A的面積為|A|＝πr²+2dr，當(dāng)該第一子區(qū)域A中傳感器的數(shù)量為0時，該路徑完全未被傳感器覆蓋，根據(jù)步驟(4)和步驟(5)計算出最小密度λ_S，即λ在目標(biāo)區(qū)域M中，任取一條邊線作為路徑，當(dāng)圓的圓心分別在該路徑兩端的頂點時圓相互重疊的區(qū)域作為第二子區(qū)域B，該第二子區(qū)域B的面積為當(dāng)該第二子區(qū)域B中包含至少一個傳感器時，該路徑被一個傳感器完全覆蓋，根據(jù)步驟(4)和步驟(5)計算出最大密度λ_L，即λ以及(8)根據(jù)面積|M|與最小密度λ_S的乘積得到數(shù)量N(M)的最小數(shù)量值N(M)min，根據(jù)面積|M|與最大密度λ_L的乘積得到數(shù)量N(M)的最大數(shù)量值N(M)max，由最小數(shù)量值N(M)min和最大數(shù)量值N(M)max得到數(shù)量N(M)，即目標(biāo)區(qū)域M在不存在盲路徑的前提下傳感器的數(shù)量范圍為N(M)min至N(M)max。