[发明专利]一种混合无线传感器节点的栅栏覆盖方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种混合无线传感器节点的栅栏覆盖方法。

背景技术

无线传感器网络由大量部署在监测区域的传感器节点感知、计算、数据处理和存储完成同物理世界实现交互的分布式网络。栅栏覆盖是无线传感器网络覆盖控制的研究热点问题之一，研究成果被广泛应用于军事、国家安全、海洋污染、森林火灾、军队行进等领域【王超,范兴刚,王恒,等.一种高效强K-栅栏覆盖构建算法.传感技术学报,2015,28(2):227-233；刘帅,李克清,戴欢,等.移动传感器k栅栏覆盖研究.传感器与微系统,2014,33(5):52-54】。Ban D S等人【Ban D S,Wen J,Jiang J,et al.Constructing k-Barrier Coverage in Mobile Wireless Sensor Networks.Journal of Software,2011,22(9):2089-2103】研究了全向移动传感器网络k-栅栏覆盖问题，提出了一种能量高效的栅栏覆盖构建算法CBIGB。静态栅栏覆盖的研究区域是固定的，为实现有效覆盖，需要冗余地部署节点，且存在未被监测到的穿越路径；动态算法耗能大、复杂度高、可行性不够且成本较高等。覆盖性能是无线传感器网络节点随机部署的关键指标之一。从目前掌握的文献分析，大多数的覆盖机制是针对全部由静态节点组成的网络或者全部由动态节点组成的网络，但前者，随机部署的静态节点组成的网络覆盖区域是固定不变的，传感器网络中可能存在栅栏覆盖空洞，或者存在无法被监测的穿越路径，或者为确保形成有效栅栏，提高覆盖率，加大节点部署密度，抛撒过多的节点，从而造成节点冗余和浪费；而后者，虽然可以监测穿越路径，但需要多次移动节点或进行多步近似计算构建栅栏，算法复杂度较大，能耗较高，网络成本较高，可行性不够，不易在实际应用中推广。

发明内容

为了弥补全部由静态节点或动态节点构成的网络存在的缺陷与不足，本发明引入Voronoi图划分整个部署区域，根据最小二乘法原理，以静态节点为准构建基准栅栏线，提出一种由静态节点和动态节点共同组成的混合网络部署机制，实现有效的栅栏覆盖。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种混合无线传感器节点的栅栏覆盖方法，所述栅栏覆盖方法包括如下步骤：

步骤一：基准栅栏线构建：将无线传感器节点随机部署在有两条水平边界的狭长带状区域，根据微分思想划分栅栏区域，将其中每一小段栅栏区域近似看作是直线，并在所述狭长带状区域内选取基准栅栏线，采用最小二乘法原理求基准栅栏线的位置；

步骤二：覆盖空洞的监测：在监测区域，将各无线传感器节点和它所在的Voronoi多边形区域各顶点之间距离的最大值与无线传感器节点感知半径的大小进行比较，判定是否存在覆盖空洞；

步骤三：无线传感器节点移动部署：随机抛撒无线传感器节点，并监测所述基准栅栏线附近的空洞区域，在所述空洞区域设置静态节点S₁、S₃，并设置动态节点S₂，分别作以静态节点S₁、S₃为圆心、以无线传感器节点感知半径Rs为半径的圆，并分别在两个圆上取切点A、C，并作切线则存在一个点B使得同时计算的值；

步骤四：修复覆盖空洞：依据向量夹角不同，将动态节点沿着方向移动，当所述动态节点感知到既能修复覆盖空洞左侧的区域，又能修复覆盖空洞右侧的区域时，停止移动。

步骤五：重新判断覆盖空洞区域，并按照步骤一～步骤四修复覆盖空洞，直到所有的覆盖空洞都修复完成，从而达到预期的覆盖要求。

进一步地，根据本发明所述的一种混合无线传感器节点的栅栏覆盖方法，所述步骤一中，设基准栅栏线的拟合方程为要使节点尽量靠近这条直线，则实测值y_i与拟合方程计算值的偏差最小，根据最小二乘法解得：

将求得的a、b值代入拟合方程即得到所述的基准栅栏线，其中，x，y为拟合方程变量，a为拟合方程系数，b为方程常量，n为构建基准栅栏线静态节点个数，i为某一个静态节点。

进一步地，根据本发明所述的一种混合无线传感器节点的栅栏覆盖方法，所述步骤二中，无线传感器节点与其所在Voronoi多边形各个顶点之间的距离最大值为

其中，d(S,V)表示无线传感器节点与Voronoi多边形各顶点间的距离最大值，S表示无线传感器节点，V表示Voronoi顶点，(x，y)表示无线传感器节点的坐标。