[发明专利]基于加权Voronoi图的三维异构移动传感器网络自主部署方法

权利要求书

1.一种三维环境下异构传感器网络的自主部署方法，基于加权Voronoi划分，将三维异构移动传感器网络协同自主部署过程转化为三维异构移动传感器网络节点自主移动的过程，由此快速完成传感器节点的部署，提升网络覆盖率；所述自主部署方法包括以下步骤：

1)初始化：获取三维异构移动传感器网络监测区域的大小、所有节点的位置信息集合、节点个数及节点的感知半径信息集合，并计算每个节点的权值；

设节点的权值的集合为Q＝{q₁,q₂,q₃,...q_n,}，通过式1计算得到每个节点的权值：

式1中，V为监测区域的体积；n为部署在监测区域的节点的个数；q_i表示第i个节点的权值；R_i感、R_j感分别表示第i个节点、第j个节点的感知半径；

2)进行加权Voronoi划分：根据节点的位置信息和权值，对监测区域进行三维的加权Voronoi划分，获取每个节点的Voronoi区域的顶点集合；Voronoi区域为生成的Voronoi区域顶点连线所构成的多面体；具体包括如下过程：

首先，采用离散构造法构造加权Voronoi图，建立集合S，用于存放所有待扩张的生成元；集合S即为三维异构移动传感器网络中的传感器节点集合；

然后，依次一层层向外扩张集合S中的生成元，生成新的生成元球面，每次生成的球的半径与权重成正比，在球面的扩张过程中只占领未分配的空白区域；

如果当前生成元的周围已经没有空白区域，则该生成元的Voronoi区域生成完毕，将该生成元从S集合中去除，直到集合S中没有生成元，结束扩张操作；该生成元的Voronoi区域即加权Voronoi区域；

之后，扫描边界，完成加权Voronoi划分；

3)计算Voronoi区域质心：根据每个Voronoi区域的顶点集合，计算每个Voronoi区域的质心位置；具体通过式2计算得到质心：

其中，C为节点的Voronoi区域的质心；k表示节点的Voronoi区域的顶点个数，(x_i,y_i,z_i)表示节点的Voronoi区域的第i个顶点v_i的坐标；

通过计算所有顶点集合V_n内所有顶点的坐标的算数平均值，即可得到节点的Voronoi区域的三维质心点；

4)节点从原来的位置移动到节点的Voronoi区域的质心位置，更新节点的位置信息；

5)计算覆盖率是否达到要求，如果覆盖率达到要求，终止操作，否则，返回执行步骤2)；

通过上述步骤即可实现基于Voronoi划分的三维异构移动传感器网络的自主部署。

2.如权利要求1所述自主部署方法，其特征是，步骤5)所述覆盖率达到要求指当前的覆盖率与上次的覆盖率的差值小于0.1％。

3.如权利要求1所述自主部署方法，其特征是，步骤5)所述覆盖率采用蒙特卡洛方法计算，在监测区域内随机放置200万个检查点，检查每个检查点是否被传感器节点覆盖，被覆盖的检查点与总的检查点的比值为整个网络的覆盖率。