[发明专利]一种双链型大坝监测无线传感器网络节点优化部署方法

说明书

本发明公开了一种双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中点，所有传感器节点对称部署在汇聚节点的两侧，组成双链型结构，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，最大程度地实现了各节点的能量均衡消耗，延长了网络的生命周期。

技术领域

本发明公开了一种双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，提出了一种双链型大坝监测无线传感器网 络节点部署方法，即将所有节点分布在一个线型区域，汇聚节点位于该线型区域的中心，所 有传感器节点对称部署在汇聚节点的两侧，组成双链型结构，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量均衡消耗和生命周期最优化。

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，提出了一种双链型大坝监测无线传感器网络节点部署方法。 具体步骤如下：

1、将n个节点进行单链部署，构成单链型网络，计算出n个节点都有1个数据包发送时 整个网络的能量消耗

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1位数据发送电路的能量消耗，e_ta是成功 发送1位数据通过一米距离的能耗，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个节点进行双链部署，构成双链型网络，计算出n个节点都有1个数据包发送时 整个网络的能量消耗。

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最优值：

1)当β＝2时，

2)当β＝3时，

4、根据最优d_i值，可得到每个传感器节点都有1个数据发送时的网络总能耗：