[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410250892.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103997748B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張穎;趙偉;朱大奇;姜?jiǎng)倜?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/18
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法。

背景技術(shù)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生一種新興的信息采集和事件跟蹤監(jiān)控技術(shù)。傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知環(huán)境信息、簡(jiǎn)單計(jì)算并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信裝置發(fā)送信息并形成一個(gè)自組織多跳網(wǎng)絡(luò)。由于可以遠(yuǎn)程采集部署區(qū)域的環(huán)境信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跟蹤目標(biāo)事件，其在軍事戰(zhàn)場(chǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)科技、智能家居、城市交通等方面顯示出巨大應(yīng)用價(jià)值。

網(wǎng)絡(luò)部署是WSN研究中的一個(gè)基本問(wèn)題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能具有重大影響。節(jié)點(diǎn)部署應(yīng)用在WSN初始階段，是路由協(xié)議、能量有效性、數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)，具有重要的研究意義。在一些環(huán)境條件惡劣的監(jiān)控區(qū)域，如核輻射和化學(xué)物質(zhì)泄漏地區(qū)，采用人工方式部署傳感器節(jié)點(diǎn)不具備可行性。在實(shí)際中，傳感器節(jié)點(diǎn)主要通過(guò)飛機(jī)拋灑或其他的方法隨機(jī)地署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)合理有效的節(jié)點(diǎn)部署方案可以大大減少網(wǎng)絡(luò)搭建時(shí)間，快速覆蓋目標(biāo)區(qū)域，而且通過(guò)協(xié)調(diào)控制還可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，適應(yīng)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

為保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量，通常將大量傳感器固定節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在目標(biāo)區(qū)域。但這種部署方式在提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量冗余節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致通信沖突和能量浪費(fèi)，縮短網(wǎng)絡(luò)壽命。并且基于固定節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)力差，不能自我修復(fù)，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被破壞。由傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)提高覆蓋率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，但傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)價(jià)格昂貴，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。由傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的混合傳感器網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)調(diào)整傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)修復(fù)傳感器固定節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的覆蓋漏洞，能在經(jīng)濟(jì)性和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量上取得平衡，具有很大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在實(shí)際應(yīng)用中，大部分的部署任務(wù)需要對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域中部分區(qū)域重點(diǎn)覆蓋，例如對(duì)于近海的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，相比一些人跡罕至的區(qū)域，在排污口或船舶港口處污染源較多的地方需要重點(diǎn)監(jiān)控。根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的重要程度進(jìn)行差異覆蓋，可以充分利用有限的傳感器節(jié)點(diǎn)資源，提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和事件監(jiān)測(cè)概率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法，能夠在給定部署區(qū)域A中，隨機(jī)部署m個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和n個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，調(diào)整傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，最大化重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域A_hot和普通監(jiān)測(cè)區(qū)域^A_ordinary的有效覆蓋率。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法，包括：

獲取監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置，采用飛機(jī)拋灑的方式將m個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和n個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)部署在所述監(jiān)測(cè)環(huán)境中；

每個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)初始化自身信息并對(duì)自己所在的位置定位，每個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將自身的ID號(hào)、初始位置和傳感器性能的信息發(fā)送給個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；

匯聚節(jié)點(diǎn)在收到各傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用洪泛或定向?qū)ぢ仿酚傻确绞桨l(fā)送的自身ID號(hào)、初始位置和傳感器性能等信息后，獲取所述監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置，根據(jù)所述監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置解析出整個(gè)部署區(qū)域A、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域A_hot、一般監(jiān)測(cè)區(qū)域A_ordinary＝A-A_hot、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域有效監(jiān)測(cè)閾值c_{th_hot}和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域有效監(jiān)測(cè)閾值c_{th_ordinary}，確定整個(gè)部署區(qū)域中未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰的傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所受到的虛擬力(勢(shì)場(chǎng)力)

F_x和F_y分別為x軸和y軸方向上的作用力，s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，

根據(jù)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)能力數(shù)學(xué)表達(dá)式可得

p為部署區(qū)域A中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，A_s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)r-r_e到r+r_e感知范圍內(nèi)未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的集合A_s＝A_{s_hot}∪A_{s_ordinary}，其中

r_e(0＜r_e＜r)是傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量可靠性參數(shù)，

其中，部署區(qū)域A中未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)相鄰傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)引力場(chǎng)A為部署區(qū)域，c_p/s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被放置在點(diǎn)s處在監(jiān)測(cè)點(diǎn)p產(chǎn)生的聯(lián)合測(cè)量概率