[發明專利]基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法

有效

• 申請號: 201811057575.1
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109246714B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 應翔;申繼寧;于健;徐天一;趙滿坤;高潔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W28/08;H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，所述方法包括：根據劃分準則將整個圓形監測區域劃分為若干等寬相鄰圓環，從外向內不斷向內側圓環添加額外的傳感器，每個圓環添加的傳感器數量為該圓環外側所有圓環傳感器數量總和，獲取每個圓環所包含的傳感器節點數量，得到離散的非均勻節點密度函數；

將圓形監測區域中不同位置到基站的距離進行離散化處理，用離散化后的距離分段表示離散的非均勻節點密度函數，通過圓形監測區域中不同位置到基站的連續變化距離替換離散變化距離，獲取連續非均勻節點密度函數，進而推導出泊松圓盤半徑函數；

利用圓盤半徑函數，得到基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡非均勻節點分布；

其中，所述離散的非均勻節點密度函數為：

其中，ρ_min為節點密度；i為圓環編號；g_min為圓環C₀所含的節點數量；R_c為圓環的寬度；n為相鄰的圓環個數；

所述連續非均勻節點密度函數為：

其中，R為網絡監測區域的半徑，r為圓心到基站距離；

所述泊松圓盤半徑函數具體為：

其中，w為期望；Rs為網絡中傳感器的最大傳輸范圍；

所述利用圓盤半徑函數，得到基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡非均勻節點分布具體為：

在網絡中隨機生成一個新節點位置，計算新節點位置與基站之間的距離，通過自適應泊松圓盤半徑函數得到該新節點位置下的泊松圓盤半徑大小；

若節點集合中存在某個節點到該新節點位置之間的距離小于2倍泊松圓盤半徑，則認為此新節點位置添加失敗，累計失敗次數加1；

若節點集合中所有節點到該新節點位置之間的距離都大于等于2倍泊松圓盤半徑，則認為此新節點位置添加成功，將該新節點位置添加到節點集合中，并將累計失敗次數置為0。

2.根據權利要求1所述的一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，所述劃分準則具體為：

根據圓形監測區域中不同位置到基站的距離以及傳感器的傳輸半徑，將整個圓形監測區域劃分為若干等寬相鄰圓環；

圓環的寬度為傳感器的傳輸半徑大小；每個圓環所包含的節點數量與圓環面積成正比。

3.根據權利要求1所述的一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，

所述圓環每單位時間生成的數據總量為(2i+1)g_minLbits，L為每個傳感器每單位時間產生的數據量大小；

所述圓環每單位時間因數據傳輸消耗的能量為：

其中，e₁為每個傳感器傳輸1bit數據需要消耗的能量。

4.根據權利要求3所述的一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，所述圓環的最外層C_n-1層節點的壽命為：

其中，e₀為初始能量。

5.根據權利要求1所述的一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，所述方法還包括：

固定的時間間隔下，讓所有傳感器各自隨機生成一個0至該傳感器位置上節點密度值之間的隨機數ρ_x；

若隨機數ρ_x大于網絡工作所需的最小密度ρ_min，傳感器將處于休眠狀態；

若隨機數ρ_x小于網絡工作所需的最小密度ρ_min，傳感器將處于工作狀態。

6.根據權利要求1所述的一種基于自適應泊松圓盤的無線傳感器網絡節點分布方法，其特征在于，所述方法還包括：

每個傳感器對應設置有ID，網絡初始化時，每個傳感器將記錄在自己傳輸范圍內、距離基站比自己近的傳感器的ID，每次傳輸時都會在這些ID中選擇剩余能量最大的節點進行轉發，以此實現均衡負載。