[發(fā)明專利]基于CFD和聚類算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611233471.2
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106792749B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石欣;付佳蕾;趙瑩;張宏祥;曾興旺;陸未定;王梨;秦鵬杰;邱雷;梁妙姝;韓可松;魏躍東;劉昱岑
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 11275 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙榮之<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及一種基于CFD和聚類算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署及建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：步驟一：從實際建筑環(huán)境中，采用實驗和調(diào)研方法獲取建筑物的環(huán)境參數(shù)；步驟二：利用CFD(Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學(xué))相關(guān)技術(shù)建立建筑空間的環(huán)境信息分布云圖模型；步驟三：基于聚類算法對建筑空間的環(huán)境信息分布云圖模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；步驟四：結(jié)合數(shù)理分析界定敏感性的等級約束；步驟五：運用敏感性分析確定最終的節(jié)點部署策略。本發(fā)明融合CFD、聚類算法和敏感性分析等技術(shù)方法進(jìn)行的感知層布局策略優(yōu)化，以此方法可準(zhǔn)確反映建筑環(huán)境的感知層信息，進(jìn)而對環(huán)境控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和低能耗具有積極的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署及建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于CFD和聚類算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正成為全球關(guān)注的熱點領(lǐng)域，節(jié)點部署是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的基礎(chǔ)，它直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測信息的準(zhǔn)確性、完整性和時效性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點部署是在具體應(yīng)用時首先需要解決的問題，是網(wǎng)絡(luò)正常工作的基礎(chǔ)，只有把傳感器節(jié)點在監(jiān)測區(qū)域布置好，才能進(jìn)一步進(jìn)行其它的工作。合理的節(jié)點部署不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)工作效率、優(yōu)化利用網(wǎng)絡(luò)資源，還可以根據(jù)應(yīng)用需求的變化改變活躍節(jié)點的數(shù)目，以動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點密度。此外，在某些節(jié)點發(fā)生故障或能量耗盡失效時，通過一定策略重新部署節(jié)點，可保證網(wǎng)絡(luò)性能不受大的影響，使網(wǎng)絡(luò)具有較強的魯棒性。

節(jié)點部署的好壞直接影響著網(wǎng)絡(luò)的壽命和性能。有效的部署方案，依賴于一套完整的節(jié)點部署評價體系。結(jié)合WSN的應(yīng)用特點和系統(tǒng)特性，現(xiàn)有WSN的節(jié)點部署主要考慮以下3個方面：

1)采集信息的完整性和精確性。要求節(jié)點能夠覆蓋監(jiān)測區(qū)域，并且綜合考慮節(jié)點的冗余和信息的容錯。

2)信息可傳輸性。要求采集到的信息能夠準(zhǔn)確及時的傳遞到信息的使用終端。

3)系統(tǒng)能耗(網(wǎng)絡(luò)壽命)。由于WSN與其它網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別之一就是能量受限的問題，在完成任務(wù)的前提下需要最大限度的延長整個網(wǎng)絡(luò)的壽命。

相應(yīng)的，評價節(jié)點部署算法的性能主要包括覆蓋、連通和能耗三類指標(biāo)。

但是，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點部署問題忽略了最相關(guān)的環(huán)境問題，尤其是在建筑領(lǐng)域，建筑環(huán)境對WSN節(jié)點部署具有最為直接的指導(dǎo)意義。僅考慮覆蓋、連通和能耗等方面的因素來部署傳感層節(jié)點，并不能準(zhǔn)確反映實際的建筑環(huán)境，進(jìn)而帶來環(huán)境控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和高能耗等問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于CFD和聚類算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署方法，該方法能夠解決建筑空間中難以確定實際WSN環(huán)境監(jiān)測點，不能準(zhǔn)確反映實際環(huán)境情況，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能耗等問題。該方法基于計算流體動力學(xué)(CFD)技術(shù)研究建筑環(huán)境內(nèi)溫濕度場的分布特性，構(gòu)建建筑環(huán)境的溫濕度場分布云圖，運用聚類算法對溫濕度場分布云的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，得到建筑環(huán)境的需求特征點，解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的精準(zhǔn)監(jiān)測部署問題，進(jìn)而對提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低生產(chǎn)能耗有一定的積極作用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于CFD和聚類算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：從實際建筑環(huán)境中，采用實驗和調(diào)研方法獲取建筑物的環(huán)境參數(shù)；

步驟二：利用CFD(Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學(xué))相關(guān)技術(shù)建立建筑空間的環(huán)境信息分布云圖模型；

步驟三：基于聚類算法對建筑空間的環(huán)境信息分布云圖模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；

步驟四：結(jié)合數(shù)理分析界定敏感性的等級約束；