[发明专利]基于加权Voronoi图的三维异构移动传感器网络自主部署方法

说明书

本发明公布了一种三维环境下异构传感器网络的自主部署方法，基于加权Voronoi划分，将三维异构移动传感器网络协同自主部署过程转化为三维异构移动传感器网络节点自主移动的过程，由此快速完成传感器节点的部署；包括：初始化，获取信息并计算每个节点的权值；进行加权Voronoi划分；计算Voronoi区域质心；节点从原来的位置移动到节点的Voronoi区域的质心位置，更新节点的位置信息。采用本发明技术方案，网络部署的收敛速度快，能够更加快速地完成传感器节点的部署；能够提升网络覆盖率、降低网络能量消耗。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及一种三维环境下异构传感器网络的自主部署方法。

背景技术

近年来，无线传感器网络由于其高度的学科交叉性和广泛的应用前景受到世界各地学术界和工业界的高度关注，已成为当前IT领域新兴的前沿热点。传感器节点可以根据感测能力、计算能力、通信能力和能量等不同而分为不同种类。异构传感器网络是指由多种不同类型的传感器节点构成的网络；反之，由相同类型传感器节点组成的网络称为同构传感器网络。根据采用的传感器节点类型,无线传感器网络可分为很多种。例如，若节点带有摄像装置，具有视频采集功能，则称之为视频传感器网络；若带有移动装置，则称为移动传感器网络。不同于传统的无线传感器网络，异构无线传感器网络是指在网络中存在多种感知范围或者多种类型节点的网络。在异构传感器网络中，网络中传感器节点的类型、感知范围是不相同的。而且，网络中具有特定功能的汇聚节点个数也不是确定的。不同感知范围、类型的传感器节点通过多跳的方式将监测区域中的数据进行采集、传输到一个或多个汇聚节点。最后汇聚节点再通过互联网将数据传送到任务管理节点，以便用户进行操作和管理。异构传感器网络的定义不具有唯一性。具有节点异构性、链路异构性或者网络协议异构性的无线传感网络都可以称为为异构传感器网络。其中节点异构对网络的覆盖控制影响最大。节点的异构又可以分为感知能力、计算能力等方面的异构特性。异构无线传感器网络问题也越来越广泛。

异构传感器网络节点加装了自主移动装置，就构成了异构移动传感器网络，例如用于军事、农业、灾难救援中的空中无线传感器网络，其节点是一架带有出传感器的微小型飞行器，由于能够进行组网协同飞行，从而能够更及时准确地获取目标区域的信息。

针对各类无线传感器网络，节点的部署和覆盖控制问题一直是研究的热点问题。常用的节点部署方法主要分为随机部署、人工部署和自主部署三类。在随机部署方式中，节点被一次性随机抛撒在监测区域内；在人工部署方式中，需要人工手动布设每一个节点；自主部署是指初始时节点被随机布撒，但由于节点自身带有移动装置能够自主移动，会按着一定的部署方法通过自主移动完成部署。

对于自主部署而言，由于节点的资源受限，通信范围和感知范围都十分有限，因此，自主部署算法的好坏会对监测区域覆盖产生重要影响。好的自主部署算法应尽可能避免重叠覆盖、尽可能减少覆盖漏洞，部署过程中尽可能避免节点之间或节点与目标之间的相互干扰(如碰撞)。

有向移动传感器网络在灾难救援中具有具大的应用潜力，可以快速、近距离对灾难发生地点进行全面监测，协助搜索被困人员、及时反馈现场信息。根据现有的资料表明，目前已有的自主部署算法，主要是针对二维平面环境进行区域覆盖，因此，难以解决三维异构传感器网络的部署问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，解决三维空间环境下异构移动传感器节点的区域覆盖问题，本发明提出一种基于加权Voronoi划分的方法、适用于三维异构传感器网络的自主部署方法，将三维异构移动传感器网络协同自主部署过程转化为节点自主移动的过程，能够更加快速的完成传感器节点的部署，提升网络覆盖率。

本发明的技术方案是：

一种三维环境下异构传感器网络的自主部署方法，基于加权Voronoi划分，将三维异构移动传感器网络协同自主部署过程转化为节点自主移动的过程，由此快速完成传感器节点的部署，提升网络覆盖率；该部署方法包括以下步骤：