[发明专利]基于虚拟力的移动无线传感器网络节点布局方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别是一种基于虚拟力的移动无线传感器网络节点布局方法及装置。

背景技术

无线传感器网络是一种新兴的热点技术，近年来受到产业界和学术界的高度重视。无线传感器网络中，通常可包括M个汇聚节点及N个移动无线传感器节点，M、N分别为正整数，M个汇聚节点间、N个移动无线传感器节点间以及M个汇聚节点与N个移动无线传感器节点间通过无线网络相连接。

传感器网络布局是传感器网络领域的基础性问题，它将直接影响传感器网络的性能和生命周期。但由于传感器网络经常工作在未知的、复杂的甚至是敌对的环境，其布局几乎不可能手工完成，因此，合适的传感器网络布局方法对保证传感器网络的正常工作相当重要。

当前，用于优化传感器网络布局的典型策略主要有基于虚拟力的方法和基于力场的方法等，这些方法可参考如下文献：

K.I.Chakrabarty，S.S.；Hairong Qi；Eungchun Cho，Grid coverage forsurveillance and target location in distributed sensor networks，IEEE Transactions onComputers，vol.51，Pages：1448-1453，Dec.2002.

M.J.M.A.Howard，and G.S.Sukhatme，Mobile Sensor Network Deploymentusing Potential Fields：A Distributed，Scalable Solution to the Area CoverageProblem，Proceedings of the 6th International Symposium on DistributedAutonomous Robotics Systems(DARS02)，Pages：pages 299-308，Fukuoka，Japan，2002.

K.C.，Yi Zou，Sensor deployment and target localization in distributed sensornetworks，ACM Transactions on Embedded Computing Systems(TECS)，vol.3，Issue 1，Pages：61-91 February 2004.)。

上述这些方法的主要思路为：传感器是系统中唯一的“施力者”和“受力者”，每个传感器均可对周边传感器施加虚拟引力或斥力，力的大小和方向与两个传感器的间距直接相关；某个传感器可以计算自身受到的所有虚拟引力和斥力，这些力的矢量和即为该传感器所受到的虚拟合力。根据该合力的大小，传感器将向受力方向进行移动相应的距离，直至达到预先设定的停止条件为止。当所有传感器均停止移动时，可认为传感器网络的布局已经完成。

这些方法取得了一定的效果，但就目前的研究进展而言，还没有一种布局方法综合考虑了待探测目标、障碍地形、待探测热点区域的位置对传感器布局的影响。这一明显的不足极大的局限了这些方法的应用范围和应用效果。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于虚拟力的移动无线传感器网络节点布局方法及装置，以实现在复杂环境下对传感器节点的有效布局。

本发明的基于虚拟力的移动传感器网络节点布局方法的主要思想如下：传感器网络工作环境中的各类对象(包括待探测目标、障碍地形、待探测热点区域和节点自身)均可对周边传感器施加大小不等的引力或斥力，力的大小和方向与该对象的重要程度以及传感器到该对象的距离等因素相关，且传感器是唯一的“受力者”。根据本发明中提出的虚拟力计算公式F1，可计算出每个对象施加于某个传感器的作用力大小，这些力的矢量和即为该传感器所受到的虚拟合力。根据该合力的大小，各传感器可按移动距离计算公式F3算出自身的移动方向和距离，并做相应移动，直至达到受力平衡或可移动距离的上限。当所有传感器均停止移动时，可认为传感器网络的节点布局已完成。

本发明的基于虚拟力的移动无线传感器网络节点布局方法，其步骤如下：