CN113490222A - 异构无线传感网络覆盖洞修补方法 - Google Patents

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吕鑫淼
魏于涵
吴琼
王佳绪
苏彦文
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Abstract

异构无线传感网络覆盖洞修补方法。传统的无线传感网络覆盖洞修补方法对节点半径同构的网络适用性较好，但是对于节点半径异构的网络，传统的方法在判断上会存在一定误差，适用性较差，覆盖率也不高。本发明采用混合异构无线传感网络，先将静态传感器节点以随机分布的方式固定到待测区域形成静态网络，采用移动传感器节点来按照优先机制对异构网络进行覆盖洞的修补。本发明用于异构无线传感网络覆盖洞修补。

Description

异构无线传感网络覆盖洞修补方法
技术领域
本发明涉及一种异构无线传感网络覆盖洞修补方法。
背景技术
无线传感网络覆盖洞的修补对于整个网络的分布、检测、数据采集有着非常关键的作用。
在自然环境的监测中，由于人员的不可达性以及环境的复杂性与随机性，因此采取将传感器节点随机分布的部署方式。随机的部署往往会造成覆盖洞的产生。另外，节点可能因恶劣的外部环境以及能量缺失等多种原因而发生失效，空洞也会随之产生。作为一种好的覆盖洞修补方法，应具备在复杂的自然环境的监控应用中，提高异构无线传感网络的覆盖率。传统的无线传感网络覆盖洞修补方法对节点半径同构的网络适用性较好，但是对于节点半径异构的网络，传统的方法在判断上会存在一定误差，适用性较差，覆盖率也不高。
发明内容
本发明的目的是解决传统的覆盖方法存在只适用于节点半径同构的无线传感网络的问题，提供一种用于提高节点的网络覆盖率，以降低节点冗余，平衡资源分配的异构无线传感网络覆盖洞修补方法。
上述目的通过以下方案实现：
一种异构无线传感网络覆盖洞修补方法，采用混合异构无线传感网络，先将静态传感器节点以随机分布的方式固定到待测区域形成静态网络，采用移动传感器节点来按照优先机制对异构网络进行覆盖洞的修补；
包括以下步骤：
步骤1：在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v；
步骤2：新建一个移动节点修复位置信息优先级列表List和临时信息列表temp；
步骤3：将相邻的三个节点分成一组，做每一组三个节点的共同外切圆，算出外切圆面积标记为S1.......Sn存入List中；
步骤4：初始化临时信息列表temp；
步骤5：进行一次循环，遍历List，将表中第一个S1及其相关位置信息直接更新入temp中，继续遍历List取出S2与temp中的S1比较，如果S2> S1则将S2及其相关位置信息添入temp中并清除S1及其相关位置信息，否则temp中继续保留S1，当List中标记全部遍历，将temp中的标记的位置信息发送给移动节点指导其移动；
步骤6：再次重复3、4、5步骤，直到移动节点用完，循环结束。
所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，所述步骤1的具体过程为; 在区域内部随机设置了M个静态节点，所有节点中共有两种类型，这两种类型的感知半径长度分别为Rs1、Rs2，通信半径长度分别为 Rc1、Rc2，且Rc1=2Rs1，Rc2=2Rs2，Rs2=1.5Rs1，节点的通信半径可以使一跳节点互相交换信息，每一个圆的圆心代表一个节点的坐标位置，圆形包围的区域为无线传感网络覆盖区域，在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v。
所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，所述的优先机制是指给予覆盖洞优先等级，先对覆盖洞的大小进行比较，覆盖洞越大，修补优先级越高，再调度有限的移动节点按照优先级进行覆盖洞修补，使覆盖率达到最优。
有益效果：
1.本发明采用基于优先级的覆盖洞修补算法进行覆盖洞修补，计算其覆盖度为79.13%，相比修补之前覆盖度提高了16.67%，很好的修补了无线传感网络的覆盖洞。
2.本发明是一种在混合异构无线传感网络环境下新的具有优先机制的覆盖洞修补算法，用于提高节点的网络覆盖率，以降低节点冗余，平衡资源分配。
附图说明
附图1为静态节点部分配的区域覆盖情况示意图；
附图2为仿真结果示意图；
附图3为确定随机部署静态节点覆盖洞示意图；
附图4为节点位置示意图之一；
附图5为节点位置示意图之二；
附图6为节点位置示意图之三；
附图7为节点位置示意图之四；
附图8为节点位置示意图之五。
具体实施方式
实施例1：
一种异构无线传感网络覆盖洞修补方法，采用混合异构无线传感网络，先将静态传感器节点以随机分布的方式固定到待测区域形成静态网络，采用移动传感器节点来按照优先机制对异构网络进行覆盖洞的修补；
包括以下步骤：
步骤1：在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v；
步骤2：新建一个移动节点修复位置信息优先级列表List和临时信息列表temp；
步骤3：将相邻的三个节点分成一组，做每一组三个节点的共同外切圆，算出外切圆面积标记为S1.......Sn存入List中；
步骤4：初始化临时信息列表temp；
步骤5：进行一次循环，遍历List，将表中第一个S1及其相关位置信息直接更新入temp中，继续遍历List取出S2与temp中的S1比较，如果S2> S1则将S2及其相关位置信息添入temp中并清除S1及其相关位置信息，否则temp中继续保留S1，当List中标记全部遍历，将temp中的标记的位置信息发送给移动节点指导其移动；
步骤6：再次重复3、4、5步骤，直到移动节点用完，循环结束；
仿真：
对上述方法进行仿真实验，静态节点部分配的区域覆盖情况如图1所示，经计算覆盖度为62.46%。检测区域内共存在27个潜在覆盖洞区域，大于可使用的移动节点的数量；
图1中的静态节点覆盖洞的大小各不相同，采用基于优先级的覆盖洞修补算法进行覆盖洞修补，仿真结果如图2所示。计算其覆盖度为79.13%，相比修补之前覆盖度提高了16.67%，很好的修补了无线传感网络的覆盖洞.
实施例2：
根据实施例1所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，所述步骤1的具体过程为; 在区域内部随机设置了M个静态节点，所有节点中共有两种类型，这两种类型的感知半径长度分别为 Rs1、Rs2，通信半径长度分别为 Rc1、Rc2，且Rc1=2Rs1，Rc2=2Rs2，Rs2=1.5Rs1，节点的通信半径可以使一跳节点互相交换信息，每一个圆的圆心代表一个节点的坐标位置，圆形包围的区域为无线传感网络覆盖区域，在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v。
实施例3：
根据实施例1或2所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，所述的优先机制是指给予覆盖洞优先等级，先对覆盖洞的大小进行比较，覆盖洞越大，修补优先级越高，再调度有限的移动节点按照优先级进行覆盖洞修补，使覆盖率达到最优。
本方法的原理：
假设存在两种感知范围的传感器节点，感知范围大的节点半径是感知范围小的节点半径的 1.5 倍，并且用来修补空洞的移动传感器节点的半径采用感知范围小的节点的半径。在实际环境中，混合无线传感网络中感知范围大的传感器节点的感知半径不会超过感知范围小的节点半径的 1.5 倍。这是因为，采用过高感知范围的传感器会增加整个系统的成本。；
图3中，圆A、B、C为随机部署的静态节点，在三个节点中间产生了空洞，做一个圆O同时与圆A、B、C相外切，圆O的面积越大，说明覆盖空洞越大，因此覆盖优先级也越高，当圆O的半径小于感知范围小的传感器节点半径的1/4时，不记为覆盖洞，同时圆O的圆心O就是移动节点所要移动到的位置。
图4中节点 A、B、C 相距很远，产生了非常大的覆盖洞，在三个节点的共同外切圆的圆心处设置移动节点，虽然不能与节点A、B、C进行相互覆盖， 但是最大程度修补了空洞，并且由于节点A、B、C相距较远，超过了通信距离，移动节点增加了节点A、B、C的通信覆盖范围，提高了通信的连通性。
图5中，节点A、B、C距离较近，产生了较大的覆盖空洞，在三个节点的共同的外切圆的圆心处设置移动节点，与节点A、B、C进行相互覆盖，修补了空洞。
图6中有两个节点A、B相交，另一个C不相交，节点A与B感知范围相互覆盖,产生了较大的覆盖空洞。在三个节点的共同的外切圆的圆心处设置移动节点，这样设置移动节点位置可以最大化的修补空洞。
图7中节点A, B相交，节点B ,C相交，但是A ,C不相交，节点A与B感知范围相互覆盖，节点B与C感知范围相互覆盖，在三个节点的共同的外切圆的圆心处设置移动节点，与节点A、B、C进行相互覆盖，修补空洞。这样设置移动节点位置可以最大化的修补空洞。
图8中，节点A 、B 、C 两两相交，感知范围相互覆盖，不产生覆盖洞。

Claims (3)

1.一种异构无线传感网络覆盖洞修补方法，其特征是：采用混合异构无线传感网络，先将静态传感器节点以随机分布的方式固定到待测区域形成静态网络，采用移动传感器节点来按照优先机制对异构网络进行覆盖洞的修补；
包括以下步骤：
步骤1：在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v；
步骤2：新建一个移动节点修复位置信息优先级列表List和临时信息列表temp；
步骤3：将相邻的三个节点分成一组，做每一组三个节点的共同外切圆，算出外切圆面积标记为S1.......Sn存入List中；
步骤4：初始化临时信息列表temp；
步骤5：进行一次循环，遍历List，将表中第一个S1及其相关位置信息直接更新入temp中，继续遍历List取出S2与temp中的S1比较，如果S2> S1则将S2及其相关位置信息添入temp中并清除S1及其相关位置信息，否则temp中继续保留S1，当List中标记全部遍历，将temp中的标记的位置信息发送给移动节点指导其移动；
步骤6：再次重复3、4、5步骤，直到移动节点用完，循环结束。
2.根据权利要求1所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，其特征是：所述步骤1的具体过程为; 在区域内部随机设置了M个静态节点，所有节点中共有两种类型，这两种类型的感知半径长度分别为 Rs1、Rs2，通信半径长度分别为 Rc1、Rc2，且Rc1=2Rs1，Rc2=2Rs2，Rs2=1.5Rs1，节点的通信半径可以使一跳节点互相交换信息，每一个圆的圆心代表一个节点的坐标位置，圆形包围的区域为无线传感网络覆盖区域，在随机布置静态节点后，获得每个节点的具体位置，存入位置信息列表v。
3.根据权利要求1或2所述的异构无线传感网络覆盖洞修补方法，其特征是：所述的优先机制是指给予覆盖洞优先等级，先对覆盖洞的大小进行比较，覆盖洞越大，修补优先级越高，再调度有限的移动节点按照优先级进行覆盖洞修补，使覆盖率达到最优。
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