[发明专利]一种海洋监测物联网三维空间探测节点的部署方法

说明书

本发明公开了一种海洋监测物联网三维空间探测节点的部署方法。该方法首先在海洋三维空间中构建近似最优全覆盖模型来定点投放物联网的探测节点，即近似最少覆盖集；再针对海洋的地形特点及洋流的潮汐效应，提出了覆盖空洞的检测方法；最后，针对所检测出来的覆盖空洞，进行定点增投物联网的探测节点，实现满足初始覆盖率并且连通的节点子集，即连通覆盖集。本发明有助于对指定海洋三维空间的覆盖与探测，达到均衡和减少全网资源消耗，提高海洋物联网的适应能力。

技术领域

本发明属于海洋物联网探测技术领域，尤其涉及一种海洋监测物联网三维空间探测节点的部署方法。

背景技术

21世纪是海洋世纪，是下一代产业和科技革命的主战场，世界各国纷纷将目光转向海洋，开发海洋资源和发展海洋经济成为拥有海洋国家的重要经济战略方向。认识海洋、发展海洋、控制海洋已成为当今海洋技术领域发展的主旋律，而提高对海洋信息的获取能力已成为世界各国急需解决的重要课题。

以声波为通信载体，由多个部署在目标海域的水下传感器节点组成的水声通信网络成为研究热点，其通过节点间信息互联，极大提高海洋信息获取的能力。由于水下人工操作困难，建立高度智能的无人自治的多功能海洋信息网络必将成为主流。然而，水声信道恶劣，信道传播损耗大、海洋环境噪声强，使物理层的特性影响了网络上层建设；同时，在海洋环境中发送数据消耗的功率也比陆地无线网络大很多，更换电池也是一个比较困难的工作；研究海洋三维监测物联网的节能有效覆盖连通目标空间的部署具有重大意义。

由于覆盖和检测问题是物联网应用的基本问题之一，近年来获得了研究者的广泛关注，并针对二维平面和三维空间环境做了很多工作。Jenn-Wei Lin,Yi-Ting Chen等人在期刊《IEEE Transactions onWireless Communications》上发表了论文“Improving thecoverage ofrandomized scheduling in wireless sensor networks”，针对二维静态随机部署的无线传感器网络提出通过Voronoi判定网络的覆盖性并在需要时添加覆盖补救节点。然而，二维的Voronoi判定性不能直接移到三维动态海洋场景。Habib M.Ammari等人在期刊《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》上发表了论文“Critical Density for Coverage and Connectivity in Three-Dimensional WirelessSensor Networks Using Continuum Percolation”，基于Reuleaux四面体模型对三维无线传感器网络的K-覆盖问题进行了研究。然而，四面体模型在最少覆盖集上要低于其他正多面体模型。Nazrul Alam等人在《MobiCom'06,Proceedings ofthe 12th annualinternational conference on Mobile computing and networking》会议上宣读了“Coverage and connectivity in three-dimensional networks”，考察了几种几何模型对三维空间的纯几何覆盖，分别计算了“体积商(volumetric quotient)”，试图用较少的点覆盖尽量大的三维空间。Mohamed K.Watfa,Sesh Commuri等人在《InternationalSymposium on Wireless Pervasive Computing》会议上宣读了论文“Optimalitymeasures for coverage in 3D wireless sensornetworks”，针对随机部署的三维无线传感器网络，提出一种基于投影的区域冗余覆盖判定方法。该算法为三维空间几何问题向二维空间转化提供了很好的思路，但文中并没有提出一个针对全网的覆盖算法，若相邻节点同时休眠会形成覆盖空洞。