[发明专利]基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法

权利要求书

1. 一种基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）、在面积为                                               的圆形监测区域内，随机抛撒个同构的无线传感器节点，其中为整数，基站位于圆形监测区域的圆心，将半径为的圆形监测区域分成个圆环，每个圆环按半径递增，表示第层的环带，即它表示在半径到之间的圆环；

步骤2）、分别计算各环带单位时间内感知的信息量、各环带关于传递距离的信息累积分布函数及其概率密度函数；

步骤3）、分别计算各环带单位时间内接收的信息量，结合步骤2）中得到的各环带单位时间内感知的信息量，求各环带单位时间内的平均信息传送流量；

步骤4）、根据步骤3）中计算出的各环带转发的信息量和节点传输能耗公式计算各环带的总能耗，其中表示时间；

步骤5）、分别计算各环带消耗的能量占网络总能耗的比例，并依据各环带的能耗比例来确定不同环带中的节点部署密度。

2.根据权利要求1所述的基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法，其特征在于：所述步骤2）中各环带单位时间内感知的信息量、各环带关于传递距离的信息累积分布函数和其概率密度函数，按如下步骤计算得到：

(B1) 将半径为的圆周分为个圆环（为整数），每个圆环按半径1递增，表示第层的圆环，即它表示在半径到之间的圆环，则它的面积为：

则中放置的传感器节点约为：

由于每个位置发生监测事件的概率相等，因此单位面积内每秒钟产生的事件流应为一个常数，记其为，同时因为每个节点的感知区域面积均为，其中为传感器节点的感知半径，所以中感知的信息量为：

；

(B2) 在无线传感器网络中，传感器节点的平均中继信息量取决于各节点向基站传送数据的总量，位于环带的一个节点能成功地向基站发送一次信息流的前提是在它的一跳通信范围内的中继区域中至少要有一个传感器节点，依据最小跳数路由协议，距离基站最近的节点要充当备选节点向前传输信息，如果中没有部署节点而中存在有节点，那么信息的转发距离将小于，同时由于传感器节点是随机部署在监测区域中的，且节点的分布可以近似的看作成一个二维泊松分布过程，因此分布在区域中的节点个数约为：

因而，此区域中没有节点的概率为，同时分布在区域中的节点个数约为：

，其中

此区域中至少存在一个节点的概率为，

因此基于信息传递距离的信息累积分布函数可表示为：

   

 对上述函数求的偏导数，即可得到分布函数的概率密度函数：

。

3.根据权利要求1所述的基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法，其特征在于：所述步骤3）中各环带单位时间内接收的信息量和各环带单位时间内平均信息传送流量，按如下步骤计算得到:

对于任意一个环带，平均信息传送流量应该等于其环带感知到的信息量与环带中继转发接收信息量的和，即对于环带有：

外围节点通过环带转发的信息量为：

除了靠近基站和网络边缘的环带，其余环带中的积分区域为，同时需注意：

i). 对于最外层(网络边缘)的环带，节点需要作为中继转发的信息量为零；

ii). 位于环带半径中的传感器节点，其可以将数据直接发送到基站，因此不会对其余节点造成通信负载。

4.根据权利要求1所述的基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法，其特征在于：所述步骤4）中在无线传感器网络中各环带的总能耗，按如下方式计算得到:

根据步骤3）得到的各环带的平均信息传送流量和传输能耗模型，在时间内，节点的监测能耗为，节点的接收数据能耗计算公式如下：

 

另一方面，节点传输数据的能量损耗为：

因此中节点的能量总消耗可表示为：

。

5.根据权利要求1所述的基于信息流累积的传感器节点分布密度控制方法，其特征在于：步骤5）中所述各环带消耗的能量占网络总能耗的比例及不同环带中的节点部署密度，按如下方式计算得到:

环带中消耗的能量占网络总能耗的比例为：

依据各环带中的能耗比例来确定不同环带中节点的部署密度：

。