[发明专利]一种基于概率分布探测濒危海洋生物的方法

说明书

本发明涉及一种基于概率分布探测濒危海洋生物的方法，考虑濒危海洋动物的生活范围关于深度的概率分布，在节点布置时基于这种概率分布，并且通过每个节点交替性切换休眠模式与工作模式，依据目标在不同深度海域中活动的概率分布部署水下传感器节点；将已知的濒危动物出现的海水深度区域分层，每一层依据概率设置最小部署节点数，同一层中的传感器节点均匀分布；每一层中的传感器都可以在工作状态和休眠状态之间自如切换；给每一个传感器节点依据濒危动物出现概率设置休眠概率，使之满足在不同深度和不同时间时出现概率较大的区域工作节点的密度较大，活动概率较小的区域工作节点的密度较小。

技术领域

本发明涉及水下传感器网络通信技术领域，是一种基于概率分布探测濒危海洋生物的方法。

背景技术

海洋能源、资源的开发与利用，海洋与全球变化、海洋环境与生态的研究是人类维持自身的生存与发展，拓展生存空间的重要途径。但是由于过度捕捞，海洋污染，沿岸重大工程和全球变暖等因素的影响，海洋动物的生活受到严重的威胁。探测濒危海洋动物并予以适当的保护是实现海洋生态环境可持续发展的当务之急。

现有的一些水下传感器节点的部署方法主要分为：确定性部署、随机部署和移动部署三大类。其中确定性部署主要基于数学理论推导，探究不同多面体对探测区域的覆盖率。但是存在着部署成本高、鲁棒性差的缺点。而随机部署算法在部署成本、时间等特性上明显优于确定性算法，但是监测区域所需要的传感器节点数量往往是庞大的，随机部署直接会导致节点分布密度不均，从而无法实现对目标区域的有效覆盖。随着可以垂直移动的传感器节点的诞生和应用，移动部署应运而生，移动部署结合了确定性部署和随机部署两种部署方式的优点，既实现了对目标区域的有效覆盖，又降低了部署成本。

大多数移动部署采取的是利用泰森多边形实现对传感器节点的三维部署。初始阶段传感器节点随机均匀的分布于目标水域的表面；然后利用泰森多边形实现对传感器节点的选择和沉降；循环重复第二阶段工作数次形成了一个分层的传感器节点部署网络。由于海洋动物的生活深度范围大体固定，并具有固定的生活习性，在一天中不同的时间或不同季节出现的深度不同且有规律可循的。根据泰森多边形实现的多层传感器节点部署方式越深的区域节点数越少，不符合海洋动物的生活习性，可能会无法满足探测海洋动物的要求或造成不必要的浪费。

发明内容

在探测海洋濒危动物这种特殊场景下，本发明克服现有技术的上述不足，提出一种能够提高节点工作效率和寿命的基于先验概率模型探测海洋濒危动物的方法。技术方案如下：

一种基于概率分布探测濒危海洋生物的方法，考虑濒危海洋动物的生活范围关于深度的概率分布，在节点布置时基于这种概率分布，并且通过每个节点交替性切换休眠模式与工作模式，依据目标在不同深度海域中活动的概率分布部署水下传感器节点；依据目标在不同时间出现的深度不同设置节点工作和休眠的概率，控制工作和休眠节点的数量；将已知的濒危动物出现的海水深度区域分层，每一层依据概率设置最小部署节点数，同一层中的传感器节点均匀分布。每一层中的传感器都可以在工作状态和休眠状态之间自如切换。给每一个传感器节点依据濒危动物出现概率设置休眠概率，使之满足在不同深度和不同时间时出现概率较大的区域工作节点的密度较大，活动概率较小的区域工作节点的密度较小。

具体实现步骤是：

步骤一：初始化阶段，将海域分层，计算每一层的节点数并部署相应的节点：将濒危动物生活的海域沿深度进行分层，每个传感器节点度感知半径为r，按2r进行海域分层，每一层中的节点均匀分布，个数为Ni，i为层编号，最热门深度概率最大，与此对应的层为最热门层，此层节点布置的个数最多，越向两侧概率越小，热门程度越小，节点布置的个数越少；