[发明专利]一种面向动态水下环境的锚节点部署方法

说明书

本发明公开一种面向动态水下环境的锚节点部署方法，包括如下步骤：步骤1、随机部署水下节点并根据其位置划分普通节点和边缘节点建立锚节点模型；设N＝0；步骤2，对锚节点模型中每个节点进行广播自身相关信息同时接收和存储其他节点信息；步骤3，计算每个节点自身所受虚拟力的合力；步骤4，计算每个普通节点和边界节点预期移动距离；步骤5，根据节点的类型计算移动收益；步骤6，计算每个节点沿锚链移动距离；步骤7，判断每个节点是否满足N≥45,如果满足，则退出程序；否则返回步骤1，令N＝N+1；本发明提供了综合考虑节点密度、节点剩余能量和节点移动效果的移动效益函数，以此降低节点不必要的移动，并均衡节点剩余能量，达到降低和均衡能耗的目的。

技术领域

本发明涉及水下无线传感网络技术领域，特别涉及一种面向动态水下环境的锚节点部署方法。

背景技术

水下无线传感器网络作为认识和了解海洋的便利工具，能够使人们更多地获得海洋信息，提高对海洋环境的监控和预测能力，帮助人们处理海洋突发事件等。其应用广泛，如海洋信息采集、环境监测、深海探测、灾害预测、辅助导航、分布式战术监控等。上述应用的前提是对相关海域进行有效环境监测，及利用水下无线传感器网络节点对相关海域进行有效覆盖。因此，水下传感器网络节点部署策略需要在以往研究工作上加大对提高动态水域下节点部署方面的研究。

在水下无线传感器网络节点部署过程中，节点通常被随机抛掷于海洋表面，然后通过一定的计算下沉到某个深度，以此覆盖水下监测区域。带有锚链的锚节点被广泛使用，其锚下沉到水底，节点被与锚相连的锚链固定，悬浮在水中，并且锚节点可以沿着锚链进行移动，调节自身位置，完成网络节点的部署。在这个过程中，波浪和洋流会对接节点下沉过程造成影响，节点无法到达指定位置，网络覆盖效果较差。同时在网络运行过程中，UWSNs的节点受洋流影响发生移动和偏移，造成网络覆盖率下降。此外，传感器节点由电池供电。在水下环境中，节点能量有限且充能困难。在节点部署过程中，节点移动的能耗远大于节点通信的能耗，及在保证网络覆盖效果的同时，需要进一步降低和均衡部署过程中的节点能耗，从而增加网络运行的时间。然而据我们所知，现有水下传感器网络部署策略为充分考虑水流移动对节点部署效果的影响，以及在网络运行过程中节点移动和偏移对网络覆盖的影响。如期刊“A Sensor Redeployment Algorithm Based on Virtual Forces forUnderwater Sensor Networks”提出了一种基于虚拟力的水下无线传感器网络节点部署策略，但是它采用的节点没有锚链限制，在网络运行过程中，水流会造成节点偏移，从而无法对相关水域进行长时间的有效监测。在由锚节点组成的水下无线传感器网络中，利用虚拟力策略进行节点部署需要对水下环境具体分析，重新设计节点部署流程。

发明内容

针对动态水域的水流造成的监测区域网络覆盖率低的问题，本发明提出了一种基于虚拟力的分布式水下无线传感器网络锚节点部署策略。在有效提高网络覆盖率的同时降低和均衡部署过程能量消耗。

为解决上述技术问题，本发明提供一种虚拟力的水下锚节点部署策略。本发明根据节点偏移后的坐标与监测区域边界的距离关系对节点进行分类，在防止节点逃离监测区域的同时，减少不必要的节点移动，降低部署能耗；本发明设计了一种综合考虑节点密度、节点剩余能量和节点移动效果的移动效益函数，以此降低节点不必要的移动，并均衡节点剩余能量，达到降低和均衡能耗的目的。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于虚拟力的水下锚节点部署方法，包括以下步骤：

一种面向动态水下环境的锚节点部署方法，包括如下步骤：

步骤1，随机部署水下节点并根据其位置划分普通节点和边缘节点建立锚节点模型；设N＝0；

步骤2，对锚节点模型中每个节点进行广播自身相关信息同时接收和存储其他节点信息；

步骤3，每个节点通过如下公式计算自身所受虚拟力的合力；