[发明专利]一种面向管道系统的无线传感器网络的三维部署方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种面向管道系统的无线传感器网络的三维部署方法，属无线传感器网络设计应用技术领域

背景技术：

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）技术是解决各类信息监测的主要技术手段。WSNs由大量资源受限的传感器节点组成，是一种无中心节点的全分布式系统。传感节点一般配置有感测单元、计算单元、存储单元和通讯单元等模块。传感器节点以随机部署或确定性部署的方式在监测目标区域内协作完成监测对象的感测、计算和数据传输任务，实现监测区域的长时间、不间断监测。目前，无线传感器网络已应用在环境监控、科学探索、工业控制以及战场监测等民用和军事等领域。

管道系统是事关国民经济发展的基础设施，她是运输石油、天然气、自来水、污水及化工产品等大量液体和气体的最经济方式。与铁路运输、高速公路运输及轮船运输相比，管道运输具有低成本和高容量等明显优势。但是，随着管道的长度不断增加，管道系统的监控和管理面临着巨大的压力，特别是在管道的压力检测、流量监测，管道腐蚀、管道泄漏和环境污染等方面，严重地影响管道的安全运行和运输效率。

无线传感器网络以其低成本、可持续、无间断、安全有效的特点可为管道系统提供安全有效地监控管理，可极大地提高管道系统的管理水平、经济效益和社会效益。

传感器节点的部署一般分为随机部署和确定性部署两类。在保证网络网络连通和无缝覆盖的前提下，追求传感器节点覆盖效率最大化是无线传感器网络应用的基本要求。

近年来，节点部署研究主要集中在二维平面问题上，针对三维节点的部署也主要集中在开阔空间的节点部署上，对有固定结构特征的三维节点的部署问题涉及较少。

作者李莉在文献《无线地下传感器网络节点放置算法》中基于覆盖性能提出了一种无线地下三维传感器网络节点覆盖算法MCC3D，但其算法是面向开阔空间结构设计的，对管道系统不能达到最优；作者周公博在文献《面向窄长空间的无线传感器网络可靠性关键技术研究》中论述了一种面向窄长空间结构特征的三维节点部署算法，其算法核心思想是把窄长空间划分成两个二维平面进行分析优化，但其算法对于具有固定特征的管道系统并不能达到最优部署；作者王璐超等在文献《矩形立体仓库环境监测的WSN节点三维部署研究》中针对矩形立体仓库结构特点,提出一种矩形立体仓库三维节点部署方案。目前也还没有发现专门针对管道系统节点三维部署的研究。现有的面向开阔空间，或是面向窄长空间和矩形结构的三维节点部署方案不能完全适应管道结构空间，因此，开展管道系统节点部署研究具有重要的理论意义和现实意义。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种面向管道系统的无线传感器网络的三维部署方法，可根据管道的空间结构特征优化节点部署，可方便地计算出管道上传感器节点的坐标位置，使其所需传感器节点数更少，具有算法简单、实现方便、经济实用的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

本发明提供的一种面向管道系统的无线传感器网络的三维部署方法，包括以下步骤：

(1)收集获得管道空间结构参数和传感器节点参数：

收集获得的管道空间结构参数包括：管道半径R_p、管道长度L；

收集获得的传感器节点参数包括：单个传感器节点的感知半径R_s；

所述的无线传感器网络中各个传感器节点的感知半径R_s相同，管道半径R_p相同；

(2)计算传感器节点的感知半径R_s与管道半径R_p的比值R_s/R_p：

根据感知半径R_s与管道半径R_p计算其比值R_s/R_p；

(3)计算相邻传感器节点间的距离d_s：

根据感知半径R_s与管道半径R_p的比值R_s/R_p，按下列方式进行计算确定：

当R_s/R_p>=2时，相邻传感器节点间的距离