[发明专利]一种单链型大坝监测无线传感器网络节点优化部署方法

说明书

本发明公开了一种单链型大坝监测无线传感器网络节点优化部署方法，采用链型网络拓扑结构，所有节点分布在一个线型区域，汇聚节点位于该线型区域的一端，所有传感器节点位于汇聚节点的同一侧，并以最优不等间距部署，越靠近汇聚节点的传感器节点，两节点之间的间距越小。每个传感器节点以多跳的方式将数据传输到汇聚节点，然后通过对能耗的分析，得到各跳的最优距离，最大程度地均衡各节点的能耗，延长网络的生命周期。

技术领域

本发明公开了一种单链型大坝监测无线传感器网络节点部署方法，属于无线传感器网络和电子测控领域。

背景技术

无线传感器网络是大量的传感器节点通过自组织方式构成一种新型的无线网络。由于无线传感器网络具有监测精度高、功耗低、成本低、覆盖区域大、易于部署等显著的优点，因而，无线传感器网络得到了广泛而迅猛的发展。将无线传感器网络(WSN)的节点部署到特定区域，对某些环境数据进行监测和采集，可广泛应用于环境监测、医疗监护、农业养殖和灾难抢险等特殊领域，如何设计适合不同工程应用的WSN成为一大课题。

节点部署是无线传感器网络研究的一个重点问题，它直接影响网络的生命周期、可靠性以及可扩展性等性能。在不同的实际应用场景下，无线传感器网络的监测环境和目的不尽相同，所以应采取对应的部署策略，使组网效果最优，节约部署成本，满足覆盖要求。

无线传感器网络中存在节点能耗不均衡导致的“能量空洞”问题，传感器节点向汇聚节点传输数据，通常要通过中间节点的路由，离汇聚节点越近的节点，需转发的数据也越多，因而会消耗更多的能量，因此汇聚节点附近的传感器节点能量将很快耗尽，汇聚节点也就无法收集数据，严重影响了系统生命周期。

本发明针对线型监测区域以及实际工程应用，提出了一种单链型大坝监测无线传感器网络节点部署方法，即将所有节点部署在一个线型区域，汇聚节点位于该线型区域的一端，所有传感器节点位于汇聚节点的同一侧，并以最优不等间距部署，越靠近汇聚节点的传感器节点，两节点之间的间距越小。然后通过对能耗的分析，得到各跳的最优距离，同时可以实现全网的能耗均衡和生命周期最优化。

发明内容

无线传感器网络中存在节点能耗不均衡导致的“能量空洞”问题，可能会出现某些节点提前死亡，整个网络生命周期受到很大的影响。为了解决能耗均衡的问题，节省能量，针对线型监测区域以及实际工程应用，提出了一种单链型大坝监测无线传感器网络节点部署方法。具体如下：

根据节点的能量消耗模型，当n个节点都有1个数据包需经过跳到达汇聚节点，每跳的通信距离为d_i，对于第i个节点来说，共发送(n-i+1)个数据包，接收(n-i)个数据包，计算出节点i的能耗为：

其中，e_tx和e_rx分别表示发送和接收1位数据的能耗，E_st和E_sr分别是发送启动能量和接收启动能量，l是所要发送数据的长度，e_te是发送一位数据发送电路的能量消耗，e_ta是发送1位数据通过1米距离的能耗，d是发送端到接收端的距离，β是路径损耗常数，k为数据包的长度与数据包的包头长度之和，n为传感器的个数，i为第i个传感器节点的序号，d_i为第i个传感器节点与第i-1个传感器节点的距离。

2、将n个节点的能耗累加，计算出整个网络的能耗为：

3、对第3项对d_i求偏导，并根据总距离固定的限制条件，计算出d_i的最优值：

1)当β＝2时，

2)当β＝3时，

其中，r为汇聚节点与最远传感器节点的距离，i为序号。