[发明专利]面向复杂部署环境的在线工业无线传感器网络部署方法

说明书

本发明涉及一种面向复杂部署环境的在线工业无线传感器网络部署方法，包括中继节点部署主体和射频环境学习模块，中继节点部署主体负责整个部署流程，每次只生成单个中继节点部署方案，部署该中继节点后立即测量信道质量，并反馈给射频环境学习模块；射频环境学习模块用于学习部署现场射频环境，并为中继节点部署主体提供通信拓扑图用于指导部署。通过这种在线的部署、学习的迭代方式，使该方法即使在复杂环境下也能保证所部署网络的可靠性，并且在每次部署后测量所部署中继信道质量，来检测该中继是否有效部署，并将测量结果反馈至射频环境学习模块进行学习、提高预测准确度。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种面向复杂部署环境的在线工业无线 传感器网络部署方法。

背景技术

无线传感器网络由于其无需布线、部署方便等优点，已经被广泛应用于各个领域。无线 传感器网络由传感器节点、网关节点构成。许多应用中，无线传感器节点位置已知且固定。 但是，由于无线传感器节点通信距离短、能量受限，无法构建整体网络连通性。为此，国内 外学者专家提出通过部署额外中继节点为无线传感器网络构建拓扑连通性。同时，由于中继 节点具有通信能力强、能量充沛等优点，中继节点的部署可以提高网络可扩展性、降低网络 能耗等。

无线传感器网络已被应用于诸多工业领域，形成了工业无线传感器网络。工业应用在可 靠性、实时性等方面对工业无线传感器网络提出了更为严格的要求。中继部署方法直接构建 网络底层拓扑结构，严重影响网络各层性能。因此，在部署中继节点时需要充分考虑工业应 用需求，构建满足硬实时、高可靠的工业无线传感器网络。

然而，工业现场具有环境复杂、射频干扰严重等特点，使部署区域信道质量变化剧烈。 目前已有中继部署方法仅采用静态信道模型来指导整个部署过程，且采用离线方式一次性生 成部署方案，所以无法在工业现场复杂环境中有效保证网络通信可靠性。因此，亟需一种面 向复杂部署环境的在线工业无线传感器网络部署方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向复杂部署环境的在线工业无线传感器网络部署方法，以解 决无法在复杂工业环境中，有效部署实时、可靠通信网络的中继部署方法的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

面向复杂部署环境的在线工业无线传感器网络部署方法，包括中继节点部署主体和射频 环境学习模块，中继节点部署主体负责整个部署流程，每次只生成单个中继节点部署方案， 部署该中继节点后立即测量信道质量，并反馈给射频环境学习模块；射频环境学习模块用于 学习部署现场射频环境，并为中继节点部署主体提供通信拓扑图用于指导部署。

进一步地，所述中继节点部署主体的执行过程包括以下步骤，

(2.1)输入参数S、C、g，其中S为传感器节点集合，C为事先确定的候选署位置集合，g为网关节点；初始化射频环境学习模块，令v＝g,R＝{v},h(v)＝0,p(v)＝null；

(2.2)利用射频环境学习模块生成一个拓扑图G；

(2.3)对于S中任一传感器节点s，如果s为v节点的邻居，则测量s和v之间的信道质量Ψ(s,v)， 并把Ψ(s,v)传入射频学习模块进行学习；进一步，如果Ψ(s,v)≥θ，则将s从集合S中删除，令p(s)＝v, h(s)＝h(v)+1，其中θ为可靠性阈值，p(·)为节点·的父节点、h(·)为节点·到网关节点的跳数；

(2.4)找到节点v的所有非中继节点、传感器节点及网关节点集合，并记为N，即 N＝NG(v)\(S∪R∪{g})，其中NG(v)为节点v在图G中的所有邻居集合；

(2.5)如果N为空集，则v＝p(v)，跳转至步骤(2.2)；

(2.6)对于N中任一节点u，创建一个空集Cu；