一种基于蜂窝网格的传感器冗余节点部署方法

摘要

一种基于蜂窝网格的传感器冗余节点部署方法，用于解决无线传感器网络的覆盖问题。通过使用本发明提出的方法可以对目标区域进行确定的冗余节点的部署，消除传感器节点的覆盖冗余和覆盖盲区，实现成本的节约和网络高效覆盖的问题，属于无线传感器网络研究领域。它具有如下特征：本发明在蜂窝传感器节点部署模型的基础上，实现一种冗余节点的确定部署算法。该算法针对满足全覆盖的条件下，目标区域内传感器节点最少，在此基础上以最小成本为优化目标，通过能量消耗的分析达到对目标区域进行确定的冗余节点的部署。本发明在控制成本的基础上有效的消除节点的感知重叠区和感知盲区，实现监测区域的高效能覆盖。

主权项

一种基于蜂窝网格的传感器冗余节点部署方法，其特征在于该方法在分析针对满足全覆盖的条件下，目标区域内传感器节点最少，在此基础上以最小成本为优化目标，实现一种基于蜂窝网格传感器冗余节点的部署算法，通过能耗的分析，对目标区域进行确定的冗余节点的部署，实现网络的高效能覆盖，具体包含步骤如下：步骤1).假设有一目标区域为圆形，基站为坐标原点，传感器半径为R，实施节点部署的具体步骤是，以坐标原点为中心逐层的部署节点，直至到达边界，最后得到蜂窝网格，其中的小黑点代表传感器节点，这些传感器节点实现了对目标区域的全覆盖；步骤2).分析网络生存周期时，假设所有传感器节点同构，初始能量都相同，为E，传感器节点在工作过程中，不但要感应数据，还要作为中继节点进行数据的转发，在传感器节点工作的过程中，能量消耗主要分成三部分，第一部分是节点感知数据时所消耗的能量，设为E1；第二部分是节点在发送数据包所消耗的能量，设为E2；第三部分是节点在接收一个从邻居节点传来的数据包所消耗的能量，设为E3；步骤3).传感器网络正常工作，必须满足全覆盖，即每个节点感应的数据都应该能传递到基站，当某一层上的节点能量耗尽时，则整个网络的连通性将无法保证；第1层上节点的寿命最短，当第l层上节点能量最先耗尽时，外层节点数据无法发送到基站，网络的寿命就结束了，因此传感器网络的寿命，主要取决于第1层上节点的寿命，所以，网络的寿命为：T=T1步骤4).如果在目标区域不部署冗余节点，则采用蜂窝网格方法部署，这种方法成本是最优的；蜂窝网格部署中没有冗余节点，sink表示基站，以基站为中心，将节点进行分层，从内往外依次为第一层、第二层，第i层的节点数为6i；如果目标区域的传感器节点有N层，则网络中所需要的节点总数等于M； M = Σ i = 1 N 6 i 步骤5).第k层节点的能量主要消耗在C1、C2、C3，其中C1表示节点感知数据所消耗的能量，C1=E1；其中C2表示节点发送外层数据包和自身感知数据包 到内层节点所消耗的能量： C 2 = ( Σ i = 1 N i - Σ i = 1 k i ) * E 2 / k + E 2 C3表示节点接收外层数据包所消耗的能量： C 3 = ( Σ i = 1 N i - Σ i = 1 k i ) * E 3 / k 因此，第k层上节点平均消耗的能量总和Ck为： C k = C 1 + C 2 + C 3 = E 1 + ( Σ i = 1 N i - Σ i = 1 k i ) * E 2 / k + E 2 + ( Σ i = 1 N i - Σ i = 1 k i ) * E 3 / k 步骤6).所有节点同构，即每个节点初始能量E一样，感知范围是一样的，通信范围不会受能量的影响，因此第k层初始化节点的寿命为：Tk=E/Ck步骤7).假设目标区域需要监测的时间是Tt，由监测的时间Tt除初始化节点的寿命Tk得到的值减1再乘以6*k，则第k层冗余节点的数目L为：L=(（Tt/Tk）‑1)*6*k步骤8).对每层冗余节点进行分组Z，第k层每6k个节点为一组，组号编写为第1组、第2组、......，到第（Tt/Tk）‑1组，每一组和初始化时的节点部署的同一位置，Z=（第1组，第2组，......，第（Tt/Tk）‑1组）步骤9).随着时间的推移，节点的能量会耗尽，当初始化节点能量耗尽失效时由冗余节点额第1组代替初始化时的节点，第1组节点失效时由第2组节点代替，以此类推，直至到达到目标区域所需要被监测的时间为止。