[发明专利]基于三维感知的无线传感器网络确定性空间部署方法

说明书

技术领域

本发明是一种适用于无线多媒体传感器网络（Wireless Multi-media Sensor Networks，缩写为WMSNs）环境中，采用球覆盖和节点在体心立方晶格镶嵌的方式定量分析节点的三维感知模型和覆盖场景几何关系，从而实现无线传感器网络的节点的优化部署。本技术属于计算机网络领域。

背景技术

无线传感器网络是一门获取和处理信息的新兴技术。随着无线通信技术的快速发展，无线传感网络（wireless sensor networks）在各个领域展现了广泛的应用前景。无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术，可以广泛应用于国防军事、国家安全、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。无线传感器网络的应用结合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等多种先进技术。无线传感网是由具有无线通信、数据采集和处理、协同合作的功能的集成化微型传感器为主体组成。网络通过借助于节点中内置的形式多样的传感器协作实时监测、感知和采集各种环境或者监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，使用户完全掌握监测区域的情况并做出反应。

无线传感网络中网络覆盖范围和连通程度是一大性能指标。这些都要通过适当的节点部署来实现优化的覆盖范围和连通度。

所谓部署问题，就是在一定的区域内，通过适当的策略布置传感器节点以满足某种特定的需求。优化节点数目和节点分布形式，高效利用有限的传感器网络资源，最大程度地降低网络能耗，均是节点部署时应注意的问题。无线传感器网络的部署问题可以分为覆盖和连接两个部分，覆盖侧重于节点传感范围的覆盖，连接侧重节点通信能力的连通。覆盖是指三维空间中某一点是在它周围节点的感知半径内，那么这一点的信息就能够被这个传感器节点监测获得，例如一些温度什么的信息。连通是指三维空间中一个传感器节点处在它周围的另一个节点的通信半径内，则这个传感器节点就能和邻居传感节点通信，既能够传输信息，同样当每个节点的通信半径都是一致的时候，两个节点是能够相互通信的。

WSN的节点部署通常分为随机部署和确定性部署。确定性网络通常基于预定义的形状设定静态网络，传感器网络位置可以均匀分布或采用加权方式监测重要区域。如格栅形状的传感器网络，传感器节点位于格栅交叉点上，这是一种典型的均匀分布确定性网络，此时由于传感器网络节点的对称性和周期性部署，被监测区域覆盖问题就转化为单个节点和相邻节点的覆盖问题。加权预定义部署主要是利用多个传感器对重点监测点进行监测，使得被监测点获得最大覆盖。确定性部署的特点是环境己知、网络相对固定，预先配置节点位置，并根据目标区域的具体情况确定网络拓扑、传感器节点密度和预定探测概率条件。根据上述说明，确定性网络部署的普遍做法是先划分网络格点，再进行传感器节点部署，我的模型也将是这样得到的。

部署将考虑这样两个方面：覆盖和连通。覆盖通常定义成三类：毯式覆盖、障碍物覆盖和掠过式覆盖。毯式覆盖目的是获得传感器的静态部署，在覆盖范围内最大化监测到目标。障碍物覆盖目的是为了获得传感器的静态部署，使得透过障碍不能监测到的目标概率最小化；掠过式覆盖是通过传感器节点的随机协作运动，获得运动障碍覆盖。传感网内各个节点需要相互传输节点监测到的信息，即连通，这将结合路由协议方面来设置传感节点的通信范围，直观认为在通信范围也是一个球体，在通信半径内即节点处在通信球内则节点之间可以连通。而确定性部署将需要考虑通信半径与感知半径的关系，以得到一个最优化的部署方案。

经典算法是有最大平均覆盖(MAX AVG COV)和最大最小覆盖算法(MAX MIN COV)，即根据当前的节点布置情况，运用优化策略将传感器分派到网格上，满足每个网格点的覆盖要求，并使传感器数量最小。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于三维感知的无线传感器网络确定性空间部署方法，采用球填充以及体心立方晶格镶嵌的方式试图将三维区域空间中的节点部署达到较为优化的高覆盖和高连通的目的。通过使用本方法，能够实现三维感知区域中节点部署的尽量低的冗余度和尽量高的覆盖率，在此基础上相邻节点之间能够实现全连通。