CN106851670B - 一种无线传感器网络三维表面覆盖方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络三维表面覆盖方法，该方法包括：确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合；确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，二维平面为三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合；在待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。应用本发明实施例所提供的技术方案，可以在三维表面合理部署传感器节点，对三维表面进行完整监测，同时，可以避免存在冗余节点浪费资源。本发明还公开了一种无线传感器网络三维表面覆盖装置，具有相应技术效果。

Description

一种无线传感器网络三维表面覆盖方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无线传感器网络三维表面覆盖方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，无线传感器网络逐渐发展起来，因其具有便利性、成本低等优势，在工农业控制、抢险救灾等各个领域均得到了广泛应用。通过无线传感器网络可以对目标区域进行监测，具体的，在目标区域部署若干个传感器节点，各个传感器节点进行数据的收集，并将收集到的数据发送给基站节点，基站节点再通过网络或者卫星将数据发送给任务管理节点，实现对整个目标区域的监测。每个传感器节点具有一定的感知范围，在目标区域中怎样部署传感器节点，才能使得传感器节点的感知范围尽可能覆盖整个目标区域，是当前无线传感器网络研究中基础且重要的问题。

如果目标区域为二维平面区域，则利用传感器节点的圆盘感知模型可以对目标区域进行覆盖。但随着对无线传感器网络研究的不断深入，圆盘感知模型逐渐不适用于解决现实中的问题，三维感知模型应运而生。三维无线传感器网络的研究主要有两类：一类是三维空间、一类是三维表面。在三维空间中使用球体感知模型，如在水下进行目标区域监测。对于三维表面，如现实世界中的山体，需要考虑山体坡度的影响，利用球体感知模型计算传感器节点在山体表面覆盖的区域时，需要知道山体的曲面函数，从而得出覆盖范围，计算方法往往比较复杂。

目前对无线传感器网络的三维表面覆盖问题，大多采用随机部署的方式，来达到监测的目的。如果随机部署的传感器节点较少，很可能会因为传感器节点分布不均匀而导致对目标区域的覆盖范围较小，不能对目标区域进行完整监测，对目标区域的监测效果较差，如果随机部署的传感器节点较多，则可能会出现大量冗余节点的问题，造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络三维表面覆盖方法及装置，以在三维表面合理部署传感器节点，对三维表面进行完整监测的同时，避免存在冗余节点浪费资源。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种无线传感器网络三维表面覆盖方法，包括：

确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置；

确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，所述二维平面为所述三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；

根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合；

在所述待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

在本发明的一种具体实施方式中，所述确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，包括：

针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，所述针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，包括：

针对每个可部署位置，确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度；

根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

在本发明的一种具体实施方式中，所述根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率，包括：

确定该可部署位置垂直投影到所述二维平面上的位置点与所述二维平面上各个网格点的距离；

针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，所述根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合，包括：

根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中；

重复执行所述将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率的步骤，直至出现最大的对所述二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中，获得所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

一种无线传感器网络三维表面覆盖装置，包括：

可部署位置集合确定模块，用于确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置；

感知概率确定模块，用于确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，所述二维平面为所述三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；

待部署位置集合确定模块，用于根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合；

传感器节点部署模块，用于在所述待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

在本发明的一种具体实施方式中，所述感知概率确定模块，包括：

实际感知半径确定子模块，用于针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

感知概率确定子模块，用于根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，所述实际感知半径确定子模块，具体用于：

针对每个可部署位置，确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度；

根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

在本发明的一种具体实施方式中，所述感知概率确定子模块，具体用于：

确定该可部署位置垂直投影到所述二维平面上的位置点与所述二维平面上各个网格点的距离；

针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，所述待部署位置集合确定模块，具体用于：

根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中；

重复执行所述将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率的步骤，直至出现最大的对所述二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中，获得所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

应用本发明实施例所提供的技术方案，确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合，在该待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。这样，可以在三维表面合理部署传感器节点，对三维表面进行完整监测，同时，可以避免存在冗余节点浪费资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种无线传感器网络三维表面覆盖方法的实施流程图；

图2为本发明实施例中三维感知漏洞问题示意图；

图3为本发明实施例中三维表面与二维平面关系示意图；

图4为本发明实施例中二维平面上节点覆盖区域网格化的一种示意图；

图5为本发明实施例中二维平面上节点覆盖区域网格化的另一种示意图；

图6为本发明实施例中一种无线传感器网络三维表面覆盖装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，为本发明实施例所提供的一种无线传感器网络三维表面覆盖方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

S110：确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合。

可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置。

在本发明实施例中，三维表面为待进行监测的目标区域，要对三维表面进行监测，需要在三维表面上部署传感器节点，使得无线传感器网络覆盖三维表面。

在实际应用中，可以根据实际情况，如三维表面的地形、地貌等确定三维表面上哪些位置可以部署传感器节点，可以将这些位置确定为可部署位置，所有可部署位置构成的集合为可部署位置集合。即可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置。

确定的可部署位置尽可能多，使得在每个可部署位置均部署传感器节点的情况下，所有传感器节点的感知范围足以覆盖整个三维表面。

S120：确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。

二维平面为三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点。

在三维空间中，传感器节点为球体感知模型，三维表面通常是不规则的，在三维表面直接确定传感器节点的部署位置比较困难。在本发明实施例中，采用投影的方式，将三维表面垂直投影到二维平面，在二维平面上进行传感器节点的部署。

二维平面预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点。针对每个可部署位置，如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面上具有一定的覆盖区域，对二维平面上的各网格点具有一定的感知概率，通过分析三维平面与二维表面的关系，可以计算得到该传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤S120可以包括以下步骤：

步骤一：针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

步骤二：根据该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。

为便于描述，将上述两个步骤结合起来进行说明。

在垂直投影后的二维平面上，如果采用理想圆盘模型来确定传感器节点的感知范围，将会产生如图2所示的问题，即在二维平面上能够对区域进行完全覆盖，但在三维表面上却会产生覆盖漏洞。为避免产生这样的问题，在本发明实施例中，针对每个可部署位置，可以确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

在本发明的一种具体实施方式中，针对每个可部署位置，可以确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度，根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，可以确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

具体的，可以根据公式(1)确定该传感器节点在二维平面的ω方向上的实际感知半径s_r：

s_r＝rcos[arctan(icosω)] 公式(1)

其中，r为该传感器节点在三维表面的球体感知半径，i为坡度，坡度表示地形抖缓程度，如图3所示，坡度i为坡面的垂直高度h与水平距离l的比值，即i＝h/l＝tanθ，ω表示方向角，即二维平面上的覆盖方向与坡向的夹角，当ω为0时，表示二维平面上的覆盖方向与坡向一致，此时方向梯度等于坡度。图3中P点为任意一个可部署位置。

坡向是斜坡面对的方向，即高度下降最快的方向。

为了表示坡面上的点沿任意方向高程值的变化，本发明实施例引出了方向梯度的概念，用g表示。

通过公式(1)，可以获得在任意一个可部署位置部署传感器节点时，相应传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，即可以得到相应传感器节点在二维平面上的感知范围。这样得到的感知范围是不规则图形，直接计算覆盖面积较为困难。在本发明实施例中，采用区域离散化思想计算。

如图4所示，将二维平面划分成若干个设定大小的网格，阴影部分为：如果在某个可部署位置部署传感器节点时，根据该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，得到的该传感器节点在二维平面上的感知范围。

将二维平面划分的每个网格离散成一个网格点，图4中的感知范围可以离散成如图5所示的黑色圆点表示的范围。根据相关引理，可以保证离散问题的可行解为对应的连续问题的可行解。

针对每个可部署位置，根据该部署位置处传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，可以确定该传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，可以确定该可部署位置垂直投影到二维平面上的位置点与二维平面上各个网格点的距离，针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

在实际三维场景中，传感器节点的感知半径会受到噪声干扰、信号衰减等因素的影响，为保证结果的准确性，本发明实施例通过概率感知模型确定传感器节点对二维平面上各网格点的感知概率。

预先获得的感知概率模型如公式(2)所示：

其中，s表示传感器节点，t表示二维平面上任意一个网格点，d(s,t)表示传感器节点s到网格点t的距离，s_r表示传感器节点s在网格点t的覆盖方向上的实际感知半径，u_r为设定的经验值，α和β为衰减因子。

当网格点t在s_r-u_r范围内时，传感器节点s可以百分百感知到该网格点，当网格点t在s_r+u_r范围外时，传感器节点s不能感知到该网格点，当网格点t介于两者之间时，传感器节点s对该网格点的感知概率满足公式(2)中的指数函数。

S130：根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

在步骤S120，确定了如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，可以从可部署位置集合中选择出适合的可部署位置，将其确定为待部署位置，构成三维表面上传感器节点的待部署位置集合。最终目标是使得覆盖网格点的概率尽可能大。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤S130可以包括以下步骤：

第一个步骤：根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对二维平面的感知概率；

第二个步骤：将最大的对二维平面的感知概率对应的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

第三个步骤：将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率；

第四个步骤：将最大的对二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

第五个步骤：重复执行第三个步骤，直至出现最大的对二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中，获得三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

为便于描述，将上述五个步骤结合起来进行说明。

每个可部署位置都有对应的各网格点的感知概率，根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，可以确定每个可部署位置对应的对二维平面的感知概率。如，针对每个可部署位置，可以将该可部署位置对应的各网格点的感知概率相加后取平均，将平均值确定为该可部署位置对应的对二维平面的感知概率。当然，还可以通过对各网格点的感知概率的加权和取平均，确定相应可部署位置对二维平面的感知概率。

根据各可部署位置对应的对二维平面的感知概率，确定出最大的对二维平面的感知概率对应的可部署位置，将该可部署位置确定为待部署位置，从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中。

将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率。

针对每个组合，在该组合中，同一网格点对应多个感知概率，取最大感知概率作为该组合对应的该网格点的感知概率，可以得到该组合对应的对二维平面的感知概率。

确定出最大的对二维平面的感知概率对应的组合，将该组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中，使得每次加入到待部署位置集合中的都是可以使当前感知概率提升最大的可部署位置。重复执行将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率的步骤。

当出现最大的对二维平面的感知概率大于设定阈值的组合时，将该组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中，结束所有流程，获得三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

举例而言，设定阈值为90％，可部署位置集合中有M1、M2、M3、M4，四个可部署位置，每个可部署位置对应的对二维平面的感知概率为：

M1:30％；

M2:40％；

M3:50％；

M4:45％。

将最大的对二维平面的感知概率对应的可部署位置M3从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中。

将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，得到的组合有：

第一组合：M3、M1；

第二组合：M3、M2；

第三组合：M3、M4。

计算第一组合对应的对二维平面的感知概率为70％，第二组合对应的对二维平面的感知概率为75％，第三组合对应的对二维平面的感知概率为68％。

将最大的对二维平面的感知概率对应的第二组合中的可部署位置M2转移到待部署位置集合中。

将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，得到的组合有：

第四组合：M3、M2、M1；

第五组合：M3、M2、M4。

计算第四组合对应的对二维平面的感知概率为95％，大于设定阈值90％，第五组合对应的对二维平面的感知概率为80％。

将最大的对二维平面的感知概率对应的第四组合中的可部署位置M1转移到待部署位置集合中，结束所有流程，最终获得的三维表面上传感器节点的待部署位置集合中有：M3、M2和M1。

在本发明的另一种具体实施方式中，还可以将可部署位置集合中的可部署位置进行组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率，将大于预设阈值的对二维平面的感知概率对应的组合中包含可部署位置最少的组合确定为待部署位置集合。

S140：在待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

在步骤S130，确定了三维表面上传感器节点的待部署位置集合，在该待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点，建立无线传感器网络，对三维表面进行监测。

应用本发明实施例所提供的方法，确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合，在该待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。这样，可以在三维表面合理部署传感器节点，对三维表面进行完整监测，同时，可以避免存在冗余节点浪费资源。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种无线传感器网络三维表面覆盖装置，下文描述的一种无线传感器网络三维表面覆盖装置与上文描述的一种无线传感器网络三维表面覆盖方法可相互对应参照。

参见图6所示，该装置包括以下模块：

可部署位置集合确定模块210，用于确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置；

感知概率确定模块220，用于确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，二维平面为三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；

待部署位置集合确定模块230，用于根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合；

传感器节点部署模块240，用于在待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

应用本发明实施例所提供的装置，确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定三维表面上传感器节点的待部署位置集合，在该待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。这样，可以在三维表面合理部署传感器节点，对三维表面进行完整监测，同时，可以避免存在冗余节点浪费资源。

在本发明的一种具体实施方式中，感知概率确定模块220，包括：

实际感知半径确定子模块，用于针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

感知概率确定子模块，用于根据该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，实际感知半径确定子模块，具体用于：

针对每个可部署位置，确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度；

根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

在本发明的一种具体实施方式中，感知概率确定子模块，具体用于：

确定该可部署位置垂直投影到二维平面上的位置点与二维平面上各个网格点的距离；

针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

在本发明的一种具体实施方式中，待部署位置集合确定模块230，具体用于：

根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对二维平面的感知概率；

将最大的对二维平面的感知概率对应的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率；

将最大的对二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

重复执行将待部署位置集合分别与可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对二维平面的感知概率的步骤，直至出现最大的对二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从可部署位置集合中转移到待部署位置集合中，获得三维表面上传感器节点的待部署位置集合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线传感器网络三维表面覆盖方法，其特征在于，包括：

确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置；

确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，所述二维平面为所述三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；

根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；

将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率；

将最大的对所述二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中；

重复执行所述将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率的步骤，直至出现最大的对所述二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中，获得所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合；

在所述待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络三维表面覆盖方法，其特征在于，所述确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，包括：

针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率。

3.根据权利要求2所述的无线传感器网络三维表面覆盖方法，其特征在于，所述针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，包括：

针对每个可部署位置，确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度；

根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

4.根据权利要求2所述的无线传感器网络三维表面覆盖方法，其特征在于，所述根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率，包括：

确定该可部署位置垂直投影到所述二维平面上的位置点与所述二维平面上各个网格点的距离；

针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

5.一种无线传感器网络三维表面覆盖装置，其特征在于，包括：

可部署位置集合确定模块，用于确定待部署传感器节点的三维表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多个传感器节点的可部署位置；

感知概率确定模块，用于确定如果在每个可部署位置部署传感器节点，相应传感器节点对二维平面上的各网格点的感知概率，所述二维平面为所述三维表面的垂直投影平面，预先被划分成若干个设定大小的网格，每个网格被离散成一个网格点；

待部署位置集合确定模块，用于根据每个可部署位置对应的各网格点的感知概率，确定每个可部署位置对应的对所述二维平面的感知概率；将最大的对所述二维平面的感知概率对应的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到待部署位置集合中；将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率；将最大的对所述二维平面的感知概率对应的组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中；重复执行所述将待部署位置集合分别与所述可部署位置集合中的每个可部署位置组合，确定每个组合对应的对所述二维平面的感知概率的步骤，直至出现最大的对所述二维平面的感知概率大于设定阈值的组合，将该组合中的可部署位置从所述可部署位置集合中转移到所述待部署位置集合中，获得所述三维表面上传感器节点的待部署位置集合；

传感器节点部署模块，用于在所述待部署位置集合包含的每个待部署位置上部署传感器节点。

6.根据权利要求5所述的无线传感器网络三维表面覆盖装置，其特征在于，所述感知概率确定模块，包括：

实际感知半径确定子模块，用于针对每个可部署位置，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径；

感知概率确定子模块，用于根据该传感器节点在所述二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径，确定该传感器节点对所述二维平面上的各网格点的感知概率。

7.根据权利要求6所述的无线传感器网络三维表面覆盖装置，其特征在于，所述实际感知半径确定子模块，具体用于：

针对每个可部署位置，确定该可部署位置对应的坡度和方向梯度；

根据该可部署位置对应的坡度和方向梯度，确定如果在该可部署位置部署传感器节点，该传感器节点在二维平面的各个覆盖方向上的实际感知半径。

8.根据权利要求6所述的无线传感器网络三维表面覆盖装置，其特征在于，所述感知概率确定子模块，具体用于：

确定该可部署位置垂直投影到所述二维平面上的位置点与所述二维平面上各个网格点的距离；

针对每个网格点，根据预先获得的概率感知模型和该位置点与该网格点的距离，确定该传感器节点对该网格点的感知概率。

Images