一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法。本發(fā)明以粒子群方法為基礎，將重點區(qū)域和一般區(qū)域的有效覆蓋率加權后的線性組合所形成的單目標函數(shù)作為適應值函數(shù)，通過調節(jié)權重系數(shù)來控制適應值函數(shù)，從而引導傳感器移動節(jié)點向重點區(qū)域聚攏，保證重點區(qū)域的覆蓋質量，為了提高粒子群方法的運算效率，加入虛擬力速度分量來引導移動節(jié)點向未覆蓋區(qū)域移動，虛擬力的大小和方向根據(jù)部署區(qū)域中未滿足有效監(jiān)測閾值的監(jiān)測點施加在移動節(jié)點的引力場求得，本發(fā)明適用于含有固定節(jié)點和移動節(jié)點的混合型傳感器網(wǎng)絡。
【專利說明】一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡是隨著無線通信技術、嵌入式技術和微處理器技術的發(fā)展而產(chǎn)生一種新興的信息采集和事件跟蹤監(jiān)控技術。傳感器節(jié)點可以感知環(huán)境信息、簡單計算并通過無線通信裝置發(fā)送信息并形成一個自組織多跳網(wǎng)絡。由于可以遠程采集部署區(qū)域的環(huán)境信息、實時監(jiān)測跟蹤目標事件，其在軍事戰(zhàn)場、環(huán)境監(jiān)測預報、農業(yè)科技、智能家居、城市交通等方面顯示出巨大應用價值。
[0003]網(wǎng)絡部署是WSN研究中的一個基本問題，對網(wǎng)絡性能具有重大影響。節(jié)點部署應用在WSN初始階段，是路由協(xié)議、能量有效性、數(shù)據(jù)融合等關鍵技術的基礎，具有重要的研究意義。在一些環(huán)境條件惡劣的監(jiān)控區(qū)域，如核輻射和化學物質泄漏地區(qū)，采用人工方式部署傳感器節(jié)點不具備可行性。在實際中，傳感器節(jié)點主要通過飛機拋灑或其他的方法隨機地署在監(jiān)測區(qū)域內。對于傳感器網(wǎng)絡，一個合理有效的節(jié)點部署方案可以大大減少網(wǎng)絡搭建時間，快速覆蓋目標區(qū)域，而且通過協(xié)調控制還可以延長網(wǎng)絡壽命，適應變化的拓撲結構。
[0004]為保證網(wǎng)絡的覆蓋質量，通常將大量傳感器固定節(jié)點隨機部署在目標區(qū)域。但這種部署方式在提升網(wǎng)絡服務質量的同時會產(chǎn)生大量冗余節(jié)點，導致通信沖突和能量浪費，縮短網(wǎng)絡壽命。并且基于固定節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡環(huán)境適應力差，不能自我修復，一旦某個節(jié)點出現(xiàn)問題，可能導致整個網(wǎng)絡拓撲結構被破壞。由傳感器移動節(jié)點組成的移動傳感器網(wǎng)絡能夠通過節(jié)點移動提高覆蓋率、優(yōu)化網(wǎng)絡質量，但傳感器移動節(jié)點價格昂貴，限制了其大規(guī)模應用。由傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點組成的混合傳感器網(wǎng)絡,可通過調整傳感器移動節(jié)點的位置來修復傳感器固定節(jié)點產(chǎn)生的覆蓋漏洞，能在經(jīng)濟性和網(wǎng)絡服務質量上取得平衡，具有很大實際應用價值。
[0005]在實際應用中，大部分的部署任務需要對監(jiān)測區(qū)域中部分區(qū)域重點覆蓋，例如對于近海的水質監(jiān)測，相比一些人跡罕至的區(qū)域，在排污口或船舶港口處污染源較多的地方需要重點監(jiān)控。根據(jù)目標區(qū)域的重要程度進行差異覆蓋，可以充分利用有限的傳感器節(jié)點資源，提高網(wǎng)絡的覆蓋質量和事件監(jiān)測概率。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，能夠在給定部署區(qū)域A中，隨機部署m個傳感器固定節(jié)點和η個傳感器移動節(jié)點，調整傳感器移動節(jié)點的位置，最大化重點監(jiān)測區(qū)域Ahrt和普通監(jiān)測區(qū)域AOTdinmy的有效覆蓋率。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，包括:
[0008]獲取監(jiān)測環(huán)境的位置，采用飛機拋灑的方式將m個傳感器固定節(jié)點和η個傳感器移動節(jié)點部署在所述監(jiān)測環(huán)境中；
[0009]每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點初始化自身信息并對自己所在的位置定位，每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點形成網(wǎng)絡并通過網(wǎng)絡將自身的ID號、初始位置和傳感器性能的信息發(fā)送給個匯聚節(jié)點；
[0010]匯聚節(jié)點在收到各傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點采用洪泛或定向尋路路由等方式發(fā)送的自身ID號、初始位置和傳感器性能等信息后，獲取所述監(jiān)測環(huán)境的位置，根據(jù)所述監(jiān)測環(huán)境的位置解析出整個部署區(qū)域A、重點監(jiān)測區(qū)域Ah(rt、一般監(jiān)測區(qū)域Amlinmy=A-Ah()t、重點監(jiān)測區(qū)域有效監(jiān)測閾值Cth tot和一般監(jiān)測區(qū)域有效監(jiān)測閾值Cth—OTdinary，確定整個部署區(qū)域中未達到覆蓋標準的監(jiān)測點相鄰的傳感器移動節(jié)點所受到的虛擬力(勢場
【權利要求】
1.一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，其特征在于，包括: 獲取監(jiān)測環(huán)境的位置，采用飛機拋灑的方式將m個傳感器固定節(jié)點和η個傳感器移動節(jié)點部署在所述監(jiān)測環(huán)境中； 每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點初始化自身信息并對自己所在的位置定位，每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點形成網(wǎng)絡并通過網(wǎng)絡將自身的ID號、初始位置和傳感器性能的信息發(fā)送給個匯聚節(jié)點； 匯聚節(jié)點在收到各傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點采用洪泛或定向尋路路由等方式發(fā)送的自身ID號、初始位置和傳感器性能等信息后，獲取所述監(jiān)測環(huán)境的位置，根據(jù)所述監(jiān)測環(huán)境的位置解析出整個部署區(qū)域Α、重點監(jiān)測區(qū)域Ah(rt、一般監(jiān)測區(qū)域Amlinmy=A-Ah()t、重點監(jiān)測區(qū)域有效監(jiān)測閾值Cthtot和一般監(jiān)測區(qū)域有效監(jiān)測閾值Cth—?dinary，確定整個部署區(qū)域中未達到覆蓋標準的監(jiān)測點相鄰的傳感器移動節(jié)點所受到的虛擬力
2.如權利要求1所述的基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，其特征在于，每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點形成網(wǎng)絡的步驟中，每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點采用洪泛或定向尋路路由的方式形成網(wǎng)絡。
3.如權利要求1所述的基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，其特征在于，每個傳感器固定節(jié)點和傳感器移動節(jié)點均具有采集信息、計算和處理數(shù)據(jù)、發(fā)送或接收消息和定位的能力，傳感器移動節(jié)點還具有移動能力。
4.如權利要求1所述的基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，其特征在于，所述傳感器性能的信息包括傳感器感知半徑r和傳感器感知模型參數(shù)。
5.如權利要求1所述的基于混合型傳感器網(wǎng)絡的差異覆蓋方法，其特征在于，傳感器移動節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)包后解析Pg以得到該傳感器移動節(jié)點的目標位置的步驟中， 對于第i個傳感器移動節(jié)點而言，其目標位置為(Xi，yi) = (Pg(i)，Pg(i+n))。
【文檔編號】H04W16/18GK103997748SQ201410250892
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張穎, 趙偉, 朱大奇, 姜勝明 申請人:上海海事大學