[發明專利]一種單鏈型大壩監測無線傳感器網絡節點優化部署方法

在審

• 申請號: 202011297180.6
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112423310A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 嚴錫君;陳府玉;邵京港;黃鳳辰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W52/28;H04W52/46;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種單鏈型大壩監測無線傳感器網絡節點優化部署方法，采用鏈型網絡拓撲結構，所有節點分布在一個線型區域，匯聚節點位于該線型區域的一端，所有傳感器節點位于匯聚節點的同一側，并以最優不等間距部署，越靠近匯聚節點的傳感器節點，兩節點之間的間距越小。每個傳感器節點以多跳的方式將數據傳輸到匯聚節點，然后通過對能耗的分析，得到各跳的最優距離，最大程度地均衡各節點的能耗，延長網絡的生命周期。

技術領域

本發明公開了一種單鏈型大壩監測無線傳感器網絡節點部署方法，屬于無線傳感器網絡和電子測控領域。

背景技術

無線傳感器網絡是大量的傳感器節點通過自組織方式構成一種新型的無線網絡。由于無線傳感器網絡具有監測精度高、功耗低、成本低、覆蓋區域大、易于部署等顯著的優點，因而，無線傳感器網絡得到了廣泛而迅猛的發展。將無線傳感器網絡(WSN)的節點部署到特定區域，對某些環境數據進行監測和采集，可廣泛應用于環境監測、醫療監護、農業養殖和災難搶險等特殊領域，如何設計適合不同工程應用的WSN成為一大課題。

節點部署是無線傳感器網絡研究的一個重點問題，它直接影響網絡的生命周期、可靠性以及可擴展性等性能。在不同的實際應用場景下，無線傳感器網絡的監測環境和目的不盡相同，所以應采取對應的部署策略，使組網效果最優，節約部署成本，滿足覆蓋要求。

無線傳感器網絡中存在節點能耗不均衡導致的“能量空洞”問題，傳感器節點向匯聚節點傳輸數據，通常要通過中間節點的路由，離匯聚節點越近的節點，需轉發的數據也越多，因而會消耗更多的能量，因此匯聚節點附近的傳感器節點能量將很快耗盡，匯聚節點也就無法收集數據，嚴重影響了系統生命周期。

本發明針對線型監測區域以及實際工程應用，提出了一種單鏈型大壩監測無線傳感器網絡節點部署方法，即將所有節點部署在一個線型區域，匯聚節點位于該線型區域的一端，所有傳感器節點位于匯聚節點的同一側，并以最優不等間距部署，越靠近匯聚節點的傳感器節點，兩節點之間的間距越小。然后通過對能耗的分析，得到各跳的最優距離，同時可以實現全網的能耗均衡和生命周期最優化。

發明內容

無線傳感器網絡中存在節點能耗不均衡導致的“能量空洞”問題，可能會出現某些節點提前死亡，整個網絡生命周期受到很大的影響。為了解決能耗均衡的問題，節省能量，針對線型監測區域以及實際工程應用，提出了一種單鏈型大壩監測無線傳感器網絡節點部署方法。具體如下：

根據節點的能量消耗模型，當n個節點都有1個數據包需經過跳到達匯聚節點，每跳的通信距離為d_i，對于第i個節點來說，共發送(n-i+1)個數據包，接收(n-i)個數據包，計算出節點i的能耗為：

其中，e_tx和e_rx分別表示發送和接收1位數據的能耗，E_st和E_sr分別是發送啟動能量和接收啟動能量，l是所要發送數據的長度，e_te是發送一位數據發送電路的能量消耗，e_ta是發送1位數據通過1米距離的能耗，d是發送端到接收端的距離，β是路徑損耗常數，k為數據包的長度與數據包的包頭長度之和，n為傳感器的個數，i為第i個傳感器節點的序號，d_i為第i個傳感器節點與第i-1個傳感器節點的距離。

2、將n個節點的能耗累加，計算出整個網絡的能耗為：

3、對第3項對d_i求偏導，并根據總距離固定的限制條件，計算出d_i的最優值：

1)當β＝2時，

2)當β＝3時，

其中，r為匯聚節點與最遠傳感器節點的距離，i為序號。