[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811057575.1
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109246714B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)翔;申繼寧;于健;徐天一;趙滿坤;高潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W28/08;H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法，所述方法包括：根據(jù)劃分準(zhǔn)則將整個(gè)圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干等寬相鄰圓環(huán)，從外向內(nèi)不斷向內(nèi)側(cè)圓環(huán)添加額外的傳感器，每個(gè)圓環(huán)添加的傳感器數(shù)量為該圓環(huán)外側(cè)所有圓環(huán)傳感器數(shù)量總和，獲取每個(gè)圓環(huán)所包含的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量，得到離散的非均勻節(jié)點(diǎn)密度函數(shù)；將圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域中不同位置到基站的距離進(jìn)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(jié)點(diǎn)密度函數(shù)，通過(guò)圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域中不同位置到基站的連續(xù)變化距離替換離散變化距離，獲取連續(xù)非均勻節(jié)點(diǎn)密度函數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出泊松圓盤半徑函數(shù)；利用圓盤半徑函數(shù)，得到基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)非均勻節(jié)點(diǎn)分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分布方法，尤其是一種基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法。

背景技術(shù)

目前在相關(guān)方法中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法主要分為兩類：一種是均勻的節(jié)點(diǎn)分布方法。均勻節(jié)點(diǎn)分布方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，可應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景較多，該方法可以直接通過(guò)飛機(jī)播撒大量傳感器節(jié)點(diǎn)到指定部署區(qū)域中。由于該方法不需要人工擺放，因此可以應(yīng)用于危險(xiǎn)惡劣環(huán)境或人類不宜到達(dá)的區(qū)域。例如，在原始大森林采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行森林防火和環(huán)境監(jiān)測(cè)，在海洋中采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海水成分監(jiān)測(cè)，或在惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行敵情偵察、兵力、裝備和物資監(jiān)控、以及生物化學(xué)攻擊判斷。

均勻節(jié)點(diǎn)分布的缺陷在于傳感器網(wǎng)絡(luò)工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)能量空洞問(wèn)題，即在網(wǎng)絡(luò)中靠近基站的傳感器會(huì)先于其他節(jié)點(diǎn)消耗盡自己的電池能量，降低網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)能力，減少網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器一般以多跳的方式傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)傳感器不僅要產(chǎn)生數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)，還要轉(zhuǎn)發(fā)其他傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。因此，靠近基站的傳感器需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量大于遠(yuǎn)離基站的傳感器，會(huì)優(yōu)先消耗盡自己的能量，無(wú)法繼續(xù)監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而基站附近會(huì)出現(xiàn)大量無(wú)法工作的傳感器，以至于基站接收不到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)停止工作，而此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中大部分傳感器還有剩余能量無(wú)法繼續(xù)被使用，造成能量浪費(fèi)。

另一類節(jié)點(diǎn)分布是非均勻節(jié)點(diǎn)分布方法。該方法將傳感器非均勻的部署到指定區(qū)域中，在越靠近基站的位置上，部署越多的傳感器節(jié)點(diǎn)，從而均衡網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗，盡量使網(wǎng)絡(luò)中的傳感器同時(shí)耗盡能量，最大限度地延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命，增大網(wǎng)絡(luò)中能量的利用效率，進(jìn)而解決了均勻節(jié)點(diǎn)分布中的能量空洞問(wèn)題。對(duì)于非均勻節(jié)點(diǎn)分布方法來(lái)說(shuō)，最重要的就是節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中分布具體的密度函數(shù)。目前現(xiàn)有的非均勻節(jié)點(diǎn)分布的方法都是將指定部署區(qū)域分段，然后針對(duì)每一段區(qū)域設(shè)置一個(gè)密度值。然而，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域來(lái)說(shuō)，從遠(yuǎn)離基站到靠近基站，能量消耗的速率應(yīng)該是連續(xù)下降的，因此分段密度函數(shù)效果并不是很好。

雖然非均勻節(jié)點(diǎn)分布方法可以有效解決能量空洞問(wèn)題，但是該方法對(duì)于傳感器位置的要求比較高，一般無(wú)法通過(guò)飛機(jī)播撒實(shí)現(xiàn)，需要無(wú)人機(jī)或人工擺放傳感器，不適合危險(xiǎn)惡劣環(huán)境，可應(yīng)用于土壤成分監(jiān)測(cè)，農(nóng)作物中的害蟲(chóng)、土壤的酸堿度和施肥狀況監(jiān)測(cè)等。

目前，Lian^[1]，Liu^[2]和Apostolos^[3]分別提出了各自的非均勻節(jié)點(diǎn)分布方法，成為當(dāng)前主流的非均勻節(jié)點(diǎn)分布方法，但是這些方法都是基于分段離散密度函數(shù)提出的，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)效果并不是很好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法，本發(fā)明在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用非均勻節(jié)點(diǎn)分布，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度連續(xù)變化，從而避免能量空洞問(wèn)題，有效提高網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命，同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，詳見(jiàn)下文描述：

一種基于自適應(yīng)泊松圓盤的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布方法，所述方法包括：根據(jù)劃分準(zhǔn)則將整個(gè)圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干等寬相鄰圓環(huán)，從外向內(nèi)不斷向內(nèi)側(cè)圓環(huán)添加額外的傳感器，每個(gè)圓環(huán)添加的傳感器數(shù)量為該圓環(huán)外側(cè)所有圓環(huán)傳感器數(shù)量總和，獲取每個(gè)圓環(huán)所包含的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量，得到離散的非均勻節(jié)點(diǎn)密度函數(shù)；