[发明专利]基于CFD和聚类算法的无线传感器网络节点部署方法

说明书

本发明涉及一种基于CFD和聚类算法的无线传感器网络节点部署方法，属于无线传感器网络部署及建筑节能技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：从实际建筑环境中，采用实验和调研方法获取建筑物的环境参数；步骤二：利用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)相关技术建立建筑空间的环境信息分布云图模型；步骤三：基于聚类算法对建筑空间的环境信息分布云图模型的数据进行聚类；步骤四：结合数理分析界定敏感性的等级约束；步骤五：运用敏感性分析确定最终的节点部署策略。本发明融合CFD、聚类算法和敏感性分析等技术方法进行的感知层布局策略优化，以此方法可准确反映建筑环境的感知层信息，进而对环境控制系统的稳定性和低能耗具有积极的作用。

技术领域

本发明属于无线传感器网络部署及建筑节能技术领域，涉及一种基于CFD和聚类算法的无线传感器网络节点部署方法。

背景技术

无线传感器网络正成为全球关注的热点领域，节点部署是无线传感器网络工作的基础，它直接关系到网络监测信息的准确性、完整性和时效性。

无线传感器网络的节点部署是在具体应用时首先需要解决的问题，是网络正常工作的基础，只有把传感器节点在监测区域布置好，才能进一步进行其它的工作。合理的节点部署不仅可以提高网络工作效率、优化利用网络资源，还可以根据应用需求的变化改变活跃节点的数目，以动态调整网络的节点密度。此外，在某些节点发生故障或能量耗尽失效时，通过一定策略重新部署节点，可保证网络性能不受大的影响，使网络具有较强的鲁棒性。

节点部署的好坏直接影响着网络的寿命和性能。有效的部署方案，依赖于一套完整的节点部署评价体系。结合WSN的应用特点和系统特性，现有WSN的节点部署主要考虑以下3个方面：

1)采集信息的完整性和精确性。要求节点能够覆盖监测区域，并且综合考虑节点的冗余和信息的容错。

2)信息可传输性。要求采集到的信息能够准确及时的传递到信息的使用终端。

3)系统能耗(网络寿命)。由于WSN与其它网络的最大区别之一就是能量受限的问题，在完成任务的前提下需要最大限度的延长整个网络的寿命。

相应的，评价节点部署算法的性能主要包括覆盖、连通和能耗三类指标。

但是，对于无线传感器网络的节点部署问题忽略了最相关的环境问题，尤其是在建筑领域，建筑环境对WSN节点部署具有最为直接的指导意义。仅考虑覆盖、连通和能耗等方面的因素来部署传感层节点，并不能准确反映实际的建筑环境，进而带来环境控制系统的不稳定性和高能耗等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于CFD和聚类算法的无线传感器网络节点部署方法，该方法能够解决建筑空间中难以确定实际WSN环境监测点，不能准确反映实际环境情况，影响控制系统的稳定性与能耗等问题。该方法基于计算流体动力学(CFD)技术研究建筑环境内温湿度场的分布特性，构建建筑环境的温湿度场分布云图，运用聚类算法对温湿度场分布云的数据模型进行分析，得到建筑环境的需求特征点，解决无线传感器网络节点的精准监测部署问题，进而对提高控制系统稳定性和降低生产能耗有一定的积极作用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于CFD和聚类算法的无线传感器网络节点部署方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：从实际建筑环境中，采用实验和调研方法获取建筑物的环境参数；

步骤二：利用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)相关技术建立建筑空间的环境信息分布云图模型；

步骤三：基于聚类算法对建筑空间的环境信息分布云图模型的数据进行聚类；

步骤四：结合数理分析界定敏感性的等级约束；