[发明专利]移动传感器网中利用管道的节点部署方法

摘要

本发明公开了一种移动传感器网中利用管道的节点部署方法，目的是利用最少数量的移动节点完成监测区域的K可达问题，提高移动节点部署效率。技术方案是首先将管道离散化，将管道转换为离散的备选点，然后在这些备选点上采用贪心布置方法布署移动节点，使得在保证可达性的条件下移动节点的数目尽量小；在事件发生后，邻近的节点移动至事件发生区域进行监测，而其它节点进行移动分布，达到既能保证对事件的精确监测又能保持对该事件发生区域的K可达性。本发明是在有管道的情况下部署节点，克服了移动节点在实际应用中需要适应复杂地形的困难，具有更高的实用性和可实施性，且在具有相同的监测能力下所使用的节点数量最少。

主权项

一种移动传感器网中利用管道的节点部署方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在监测区域预先部署用于移动节点移动的管道，并把整个监测区域分成面积相等的块；步骤二：管道离散化，即把原本连续的管道转化为多个离散的备选点，方法是：步骤2.1：若监测区域中任意两条管道之间存在交点，选择所有的交点作为布置移动节点的候选位置，将候选位置的坐标放入候选位置集合Sp，简称将候选位置放入候选位置集合Sp，管道中的端点和交点将管道划分为若干条管道线段，所有的管道线段组成管道线段集合；步骤2.2：从管道线段集合中任意取出一条未离散化的管道线段，判定其有无交点或端点，根据交点或端点个数选取候选位置，如果管道线段的两端都是交点或都是端点，或一端是端点、另一端是交点，转到步骤2.2.1，如果管道线段中既没有交点也没有端点，转到步骤2.2.2，如果所有管道线段都已经离散化，执行步骤三；步骤2.2.1：从一个交点或端点开始沿着管道线段方向向另一个交点或端点以L的长度划分点作为布置移动节点的候选位置，将候选位置放入集合Sp，L＝v.t/K，v是节点的移动速度，t是到达监测区域的时间限度，由用户根据实际应用设定，K为正整数，由用户根据具体应用设置，判断剩余的管道长度是否大于L，若大于L，继续以长度L选取候选位置放入集合Sp，若小于L，将端点放到Sp中，转到步骤2.2，选取下一条未离散化的管道线段；步骤2.2.2：选择任何一个点作为端点开始，每L选择一个候选位置，将候选位置放入集合Sp，判断剩余的管道长度是否大于L，若大于L，继续以长度L选取候选位置放入集合Sp，若小于L，将端点放到Sp中，转到步骤2.2；步骤三：采用贪心布置方法布署移动节点，解决离散化的最小数目K可达问题，K可达问题是在指定的时间限度内这个区域内任意一点可以被至少K个移动节点覆盖到，方法是：步骤3.1：对集合Sp中的候选位置按覆盖面积S的大小进行排序，候选位置的覆盖面积S是移动节点在限定时间t内沿管道各个方向最大移动监测面积的总和，通过对移动节点在时间t内可移动的面积求和得到，计算方法为：S＝MaxS东+MaxS西+MaxS南+MaxS北，S东，S西，S南，S北分别表示沿东西南北四个方向移动所覆盖的面积，MaxS东、MaxS西、MaxS南、MaxS北分别表示对S东，S西，S南，S北取最大值，S东，S西，S南，S北通过公式S’＝v.t.r计算，S’是沿一个方向移动所覆盖的面积，其中v表示节点移动速度，r表示节点的监测半径；步骤3.2：初始化变量a，令a＝0，将已重复覆盖区域初始化为空集，已重复覆盖区 域表示该区域在t时间内可以被不同的移动节点覆盖到；步骤3.3：按步骤3.1的排序结果选择能够覆盖最大未覆盖区域面积的候选位置来放置移动节点，如果有多个点具有相同的覆盖面积，则随机选择具有相同的覆盖面积的多个点中的一个点来布置移动节点；步骤3.4：将选中的候选位置从候选位置集合Sp中删除；步骤3.5：将新布置节点的覆盖区域与已布置节点的覆盖区域求交集，得到新布置节点的重复覆盖区域，将新布置节点的重复覆盖区域加入到已重复覆盖区域中；步骤3.6：a＝a+1；步骤3.7：若a＜K，转步骤3.3；若a等于K，则重叠覆盖区域已能保证监测区域满足K可达，执行步骤四；步骤四：当事件发生时，部分移动节点会被调度监视目标事件，从而使得对部分区域的监测无法满足K可达，采用基于效用的分布式重分布方法对移动节点进行重新布署，方法是：步骤4.1：一旦一个移动节点x进行移动，立刻通知DNeighbor(x)中的所有节点x的移动方向和距离。步骤4.2：对于x的直接邻居节点v，v∈DNeighbor(x)，v依照U(v)决定是否移动，U(v)的计算方法为：假设节点v沿着管道向空洞方向移动距离L，则U(v)＝RDeg(NR(v))‑RDeg(UR(v))，RDeg(NR(v))表示节点v移动后可达但移动前不可达的区域的平均可达度；RDeg(UR(v))表示节点v移动前可达但移动后不可达的区域的平均可达度；RDeg(R)表示区域R的平均可达度；NR(v)表示节点v移动后可达但移动前不可达的区域；UR(v)表示节点v移动前可达但移动后不可达的区域；步骤4.2.1：如果U(v)＜1，转步骤4.3，如果U(v)＞1，表示移动会带来收益，按如下方法进行移动：步骤4.2.1.1：HSet(x)的节点彼此进行通信，每个节点计算各自的U(v)，然后相互比较各自的U(v)，将U(v)从大到小进行排序。步骤4.2.1.2：根据对U(v)的排序结果，首先选择拥有最大U(v)值的节点沿着管道向空洞方向移动。在移动过程中若发现节点所尝试弥补的空洞区域有其它节点辅助弥补了，即收到了其他节点发来的弥补消息，表示该空洞已有节点移动到空洞附近重新覆盖，移动节点v将停止移动并重新计算U(v)，转步骤4.2，若没有收到其他节点发来的弥补消息，则继续向空洞移动，在移动过程中，每间隔时间t，重新计算U(v)，直至U(v)＜1，节点移动结束，向其他节点发送弥补消息。步骤4.3：判断网络的平衡性，即观察HSet(x)中所有节点的U(v)，若所有U(v)＜1，则重新部署结束。否则转步骤4.2。