[發(fā)明專利]一種基于理想圖案模型的水下傳感器節(jié)點沉降部署方法

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• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106714193A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 王忠思;王邦;李磊;陳金來;黃輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍蚌埠士官學校
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙)34125
• 代理人: 王偉

1.一種基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在給定目標區(qū)域的水面隨機部署m個節(jié)點，并滿足所述m個節(jié)點在水面原始部署中已構(gòu)成一個連通的網(wǎng)絡；

(2)按照優(yōu)化模型對所述給定目標區(qū)域進行三維泰森圖劃分，形成相互共面相切的空間填充多面體，并滿足當傳感器節(jié)點部署于理想圖案位置時，所述多面體正好內(nèi)切于傳感器節(jié)點的感知球；

(3)從所述m個節(jié)點中指派n個節(jié)點沉降到水平方向上相距理想圖案位置最近的實際位置，并滿足n個指派節(jié)點的實際位置與相應的理想圖案位置在水平方向上距離偏差總和最小；

(4)判斷所述n個指派節(jié)點在水下是否構(gòu)成一個連通的網(wǎng)絡，若未構(gòu)成連通網(wǎng)絡，則進行網(wǎng)絡連通度修復；若構(gòu)成連通網(wǎng)絡，則判斷水面上是否存在冗余節(jié)點，若存在所述冗余節(jié)點，則繼續(xù)下一步，否則節(jié)點部署結(jié)束；以及

(5)計算上述步驟(3)和步驟(4)中已沉降節(jié)點的三維泰森圖多面體晶胞，沉降所述冗余節(jié)點以修復覆蓋空洞，并滿足所述冗余節(jié)點沉降后與已沉降的水下節(jié)點連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，所述優(yōu)化模型為面心立方格結(jié)構(gòu)FCC，對應泰森多面體為菱形十二面體，或者所述優(yōu)化模型為體心立方格結(jié)構(gòu)BCC，對應泰森多面體為截頂八面體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，所述步驟(2)還包括計算全覆蓋和全連通所述給定目標區(qū)域所需的最少理想圖案節(jié)點個數(shù)n。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，所述步驟(4)包括以下子步驟：

(a)搜索沉降節(jié)點M_under的不連通網(wǎng)絡分區(qū)，按照成員個數(shù)由大到小進行排序，依次記為子網(wǎng)S₁，S₂，...，S_K，將子網(wǎng)S₁，S₂，...，S_K投影至水面區(qū)域，水面投影子網(wǎng)記為S′₁，S′₂，...，S′_K；

(b)判斷S′₁，S′₂，...，S′_K是否構(gòu)成一個完整的連通網(wǎng)絡，如果是，則調(diào)整子網(wǎng)S₂，...，S_K中部分節(jié)點Z_-坐標，使其分別與最大子網(wǎng)S₁連通，調(diào)整節(jié)點Z_-坐標之和記為Δz_i，并滿足該方法記為調(diào)整法；如果否，則首先從水面冗余節(jié)點M′_surf中選擇部分插入節(jié)點M′_inst使S′₁，S′₂，...，S′_K連通，插入節(jié)點沉降到水下合適深度，然后通過調(diào)整法修復網(wǎng)絡連通度，該方法記為插入-調(diào)整法。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，所述步驟(5)包括以下子步驟：

(a)計算水下節(jié)點M_under的三維泰森圖多面體晶胞，多面體晶胞C(C₁，C₂，...，C_n+k)的頂點坐標集合記為k為沉降的插入節(jié)點個數(shù)；

(b)搜索多面體晶胞中不能被晶核覆蓋的頂點坐標集合，記為V_u，則V_u為水下節(jié)點的覆蓋空洞點集；

(c)采用聚類算法沉降水面冗余節(jié)點M′_surf，使其盡量多的覆蓋空洞點集V_u；以及

(d)采用調(diào)整法修復網(wǎng)絡連通度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于理想圖案模型的水下無線傳感器節(jié)點沉降部署方法，其特征在于，所述步驟(3)包括以下子步驟：

(a)計算原始部署節(jié)點M_surf和理想圖案位置N兩個集合中兩兩點集的水平歐式距離矩陣D＝[d_ij]_m×n，d_ij表示第i個原始部署節(jié)點M_i與第j個理想圖案位置N_j之間的水平歐式距離；

(b)建立指派數(shù)學模型：

$min\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{d}_{ij}{x}_{ij}$

滿足約束條件：

x_ij＝{0，1}，

${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{x}_{ij}=1,j=1,2,...,n,$

以及

(c)求解上述模型的最優(yōu)解即為隨機部署節(jié)點與理想圖案位置一對一的最佳匹配結(jié)果，根據(jù)所述最佳匹配結(jié)果對水面節(jié)點進行指派沉降。