[发明专利]一种基于理想图案模型的水下传感器节点沉降部署方法

权利要求书

1.一种基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在给定目标区域的水面随机部署m个节点，并满足所述m个节点在水面原始部署中已构成一个连通的网络；

(2)按照优化模型对所述给定目标区域进行三维泰森图划分，形成相互共面相切的空间填充多面体，并满足当传感器节点部署于理想图案位置时，所述多面体正好内切于传感器节点的感知球；

(3)从所述m个节点中指派n个节点沉降到水平方向上相距理想图案位置最近的实际位置，并满足n个指派节点的实际位置与相应的理想图案位置在水平方向上距离偏差总和最小；

(4)判断所述n个指派节点在水下是否构成一个连通的网络，若未构成连通网络，则进行网络连通度修复；若构成连通网络，则判断水面上是否存在冗余节点，若存在所述冗余节点，则继续下一步，否则节点部署结束；以及

(5)计算上述步骤(3)和步骤(4)中已沉降节点的三维泰森图多面体晶胞，沉降所述冗余节点以修复覆盖空洞，并满足所述冗余节点沉降后与已沉降的水下节点连通。

2.根据权利要求1所述的基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，所述优化模型为面心立方格结构FCC，对应泰森多面体为菱形十二面体，或者所述优化模型为体心立方格结构BCC，对应泰森多面体为截顶八面体。

3.根据权利要求2所述的基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括计算全覆盖和全连通所述给定目标区域所需的最少理想图案节点个数n。

4.根据权利要求1所述的基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，所述步骤(4)包括以下子步骤：

(a)搜索沉降节点M_under的不连通网络分区，按照成员个数由大到小进行排序，依次记为子网S₁，S₂，...，S_K，将子网S₁，S₂，...，S_K投影至水面区域，水面投影子网记为S′₁，S′₂，...，S′_K；

(b)判断S′₁，S′₂，...，S′_K是否构成一个完整的连通网络，如果是，则调整子网S₂，...，S_K中部分节点Z_-坐标，使其分别与最大子网S₁连通，调整节点Z_-坐标之和记为Δz_i，并满足该方法记为调整法；如果否，则首先从水面冗余节点M′_surf中选择部分插入节点M′_inst使S′₁，S′₂，...，S′_K连通，插入节点沉降到水下合适深度，然后通过调整法修复网络连通度，该方法记为插入-调整法。

5.根据权利要求4所述的基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下子步骤：

(a)计算水下节点M_under的三维泰森图多面体晶胞，多面体晶胞C(C₁，C₂，...，C_n+k)的顶点坐标集合记为k为沉降的插入节点个数；

(b)搜索多面体晶胞中不能被晶核覆盖的顶点坐标集合，记为V_u，则V_u为水下节点的覆盖空洞点集；

(c)采用聚类算法沉降水面冗余节点M′_surf，使其尽量多的覆盖空洞点集V_u；以及

(d)采用调整法修复网络连通度。

6.根据权利要求1所述的基于理想图案模型的水下无线传感器节点沉降部署方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下子步骤：

(a)计算原始部署节点M_surf和理想图案位置N两个集合中两两点集的水平欧式距离矩阵D＝[d_ij]_m×n，d_ij表示第i个原始部署节点M_i与第j个理想图案位置N_j之间的水平欧式距离；

(b)建立指派数学模型：

$min\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{d}_{ij}{x}_{ij}$

满足约束条件：

x_ij＝{0，1}，

${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{x}_{ij}=1,j=1,2,...,n,$

以及

(c)求解上述模型的最优解即为随机部署节点与理想图案位置一对一的最佳匹配结果，根据所述最佳匹配结果对水面节点进行指派沉降。