[发明专利]一种增强网络抗毁性的异构节点优化部署方法

说明书

本发明提出了一种增强网络抗毁性的异构节点优化部署方法，在无线传感器网络中，传感器节点采用多跳方式传输数据。数据传输所需的大量跳数会导致整个网络的能量消耗不均匀以及大的数据传输延迟，极大影响了网络的抗毁性。本发明通过在传感器网络中增加异构节点，并在每一轮分簇后找到全局最优的异构节点部署位置部署异构节点，通过异构节点与汇聚节点建立捷径进行通信，构造具有小世界特性的异构传感器网络。同时，考虑到实际部署操作问题，设置了异构节点移动位置的阈值，在满足网络抗毁性的基础上，极大地简便了部署难度。进一步，分析了网络的生命周期和容错能力，可知在增加异构节点后，网络的抗毁性得到了极大的提高。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种增强网络抗毁性的异构节点优化部署方法的研究。

背景技术

无线传感器网络因其低成本和易部署的特点而被应用于许多领域。无线传感器网络通过在环境中部署大量传感器节点，采用无线协作方式，可有效感知与处理各种环境与目标信息。网络节点通常采用移动电源供电，常因节点能量快速耗尽而无法正常工作。失效节点将造成网络连通性与覆盖度下降，并进而导致全局网络受损。因此，降低能量消耗是无线传感器网络的一个重要挑战。

小世界网络同时具有较短的平均路径长度和较高的聚类系数。在传感器网络中，小的平均路径长度意味着节点传送数据到汇聚节点时只需要较少的跳数和能量。而大的聚类系数意味着网络中局部信息的传播范围比较广，局部节点间的联系比较紧密，使得网络中数据存在一定程度的冗余。所以较大的聚类系数可以提高网络的容错能力，延长了网络的生命周期。

在无线传感网络中，簇头节点因要承担收集并转发簇内节点所感知信息的任务所以能量消耗较快，靠近Sink节点的簇头节点因承担更多的转发任务而使能量消耗得更快。为解决这种因负载不均匀导致的网络能量消耗过大过快的问题。

本发明在网络中加入可与Sink节点直接通信的异构节点，该异构节点能量可补充。通过异构节点与Sink之间形成的超级链路作为捷径来构造具有小世界效应的异构传感器网络。异构节点的加入和超级链路的构建可以均衡网络负载，缩短数据传输路径的长度，增加节点间的联系，增强网络的抗毁性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种增强网络抗毁性的异构节点优化部署方法为无线传感器网络的抗毁性提升提供理论基础，可广泛应用于物联网等相关领域。

为达到上述目的，本发明提出一种增强网络抗毁性的异构节点优化部署方法，具体包括建立传感器网络监测模型和异构节点的优化部署两个基本步骤。

步骤一，在本发明的一个实施例中，所述建立传感器网络监测模型进一步包括：对待监测区域进行网格化处理，以密度为gs均匀划分网格，得到Q个网格点。除已有传感器节点的位置外，所有网格点都可作为添加异构节点的位置，假设有M个网格点可作为添加异构节点的位置。

在二维监测区域中随机部署传感器节点，并设置一个汇聚节点Sink，通过添加一个异构节点，提高网络的抗毁性；异构节点具有能量可补充，传输距离远的特点，可直接与Sink通信。

步骤二，在本发明的一个实施例中，所述异构节点的优化部署进一步包括：异构节点的初始位置为h(u_c,v_c)，网络中部署的节点按DEEC算法进行分簇后，共有N个簇头节点，它们的位置为v_i(x_i,y_i)，i＝1,2,…,N，Sink节点的位置为(x_m,y_m)；簇头节点的数据传输方式分为簇头节点直接采用多跳传输的方式将数据传输至Sink节点或通过超级链路将数据传输至Sink节点；