一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，包括如下步骤：步骤一：部署一维无线传感器网络；步骤二：获取无线传感器节点的能耗模型；步骤三：获取一维无线传感器网络的重传模型；步骤四：获取考虑重传的一维无线传感器网络的能耗模型；步骤五：获取考虑重传的一维无线传感器网络的可靠性模型；步骤六：获取非均匀部署条件下一维无线传感器网络的寿命优化模型及求解。本发明考虑重传机制，建立了以数据传递可靠性为约束条件、以考虑能耗的网络寿命最大化为目标的非均匀部署条件下无线传感器网络的优化模型，采用牛顿法，实现对节点部署数量的优化，是对无线传感器网络的便捷、高效能的寿命优化部署方法的创新。
【专利说明】—种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，属于网络通信【技术领域】里的无线传感器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术、传感器技术和嵌入式技术的不断发展与应用，无线传感器网络已成为一个极其重要的挑战性课题；无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革，在环境监测、军事国防、抢险救灾、城市管理、生物医疗、工农业生产等众多领域都发挥了巨大的实用价值，引起国家学术界和工业界的高度重视。
[0003]经典的无线传感器网络包括一个基站，每个基站与若干个传感器节点连接。传感器节点携带的能量有限，且通常情况下节点的部署环境决定了传感器节点能量不可补充。因此，对无线传感器网络的不合理部署会增大网络能耗，极大地影响整网寿命。
[0004]一维无线传感器网络是呈直线布署的无线传感器网络，在高速公路流量监测、边境线监控、输油输气管道监测等方面作用巨大。现有的一维无线传感器网络的优化模型普遍忽略了网络信息重传的影响，因此存在网络寿命、能耗与整网数据传递的可靠性不协调等问题。对考虑重传和可靠性约束的非均匀部署条件下无线传感器网络寿命优化方法进行研究，具有重要实际意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决一维无线传感器网络非均匀部署条件下寿命优化中没有考虑数据重传造成的能量消耗问题，通过对考虑重传的网络寿命模型的推导和优化求解，提出一种新的非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法。通过对无线传感器网络节点的非均匀部署，可使各节点处能耗接近，避免能量空洞，极大地延长整网寿命。
[0006]一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一:部署一维无线传感器网络；
[0008]步骤二:获取无线传感器节点的能耗模型；
[0009]步骤三:获取一维无线传感器网络的重传模型；
[0010]步骤四:获取考虑重传的一维无线传感器网络的能耗模型；
[0011]步骤五:获取考虑重传的一维无线传感器网络的可靠性模型；
[0012]步骤六:获取非均匀部署条件下一维无线传感器网络的寿命优化模型及求解。
[0013]本发明的优点在于:
[0014](I)本发明方法建立了考虑重传的能耗模型和考虑重传的可靠性模型，是非均匀部署条件下网络寿命优化模型的基础。这是对无线传感器网络能耗模型和可靠性模型的完善和创新，可有效解决当前无线传感器网络能耗不均匀、可靠性低、冗余备件过多、无效能耗大等问题，进而在保证整网数据传递可靠性的前提下，降低整网能耗，避免能量空洞和延长整网寿命。
[0015](2)本发明方法提出了一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，考虑重传机制，建立了以数据传递可靠性为约束条件、以考虑能耗的网络寿命最大化为目标的非均匀部署条件下无线传感器网络的优化模型，采用牛顿法，实现对节点部署数量的优化，是对无线传感器网络的便捷、高效能的寿命优化部署方法的创新。
[0016](3)本发明方法在实施例部分对模型进行优化求解，可得固定线路长度中部署的最佳传感器节点数目，以及此时相邻传感器间的最佳部署距离；同时发现，离基站越近的传感器间的距离越小；此外，非均匀的传感器部署方式相对均匀部署，极大地延长了网络寿命。这些结论均对无线传感器网络的部署具有重要指导作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的方法流程图；
[0018]图2是本发明的一维无线传感器网络拓扑图；
[0019]图3是本发明的传感器节点能耗模型；
[0020]图4是本发明的信息传递过程图；
[0021]图5是本发明的不同传感器数目下的网络寿命图；
[0022]图6是本发明的 最优部署方案的邻接节点间距离图；
[0023]图7是本发明的非均匀与均匀部署下网络寿命对比图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025]一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，流程如图1所示，包括如下步骤:
[0026]步骤一:部署一维无线传感器网络；
[0027]具体步骤如下:
[0028]部署一个探测范围为D的一维传感器网络，网络包括η个传感器和一个基站，传感器携带的能量有限，基站具有的能量无限；所有传感器节点及基站部署在一条定长的直线
上，而且D = ;其中D为一维网络总长，Cli为第i个传感器与下一个相邻传感器间的距
i I
离，η为网络中的传感器节点数；一维无线传感器网络结构见图2。每个传感器在一个信息收集周期内只感知到一个数据包，各传感器节点依次向后一个邻居传感器节点传递信息，不会跨传感器节点传递信息，也不考虑传感器处的信息融合。当各传感器节点接收到的信息不正确或信息接收超时时，前一传感器节点会将信息重传，直到达到设定的最大重传次数。
[0029]步骤二:获取无线传感器节点的能耗模型；
[0030]具体包括如下步骤:
[0031]传感器节点的能耗方式通常有三种:发送信息，接收信息和空闲，经典的传感器能耗模型如图3，第i个传感器节点探测到m比特数据包，然后发送给相邻的距离为Cli的第i+Ι个传感器节点。在这个过程中,第i个传感器节点的发送能耗由传感器自身电路和传递放大器两部分产生；第i+Ι个传感器节点的接收能耗只由传感器自身电路产生。
[0032]发送m比特信息的能耗为Et，
[0033]
【权利要求】
1.一种非均匀部署条件下无线传感器网络的寿命优化方法，包括以下几个步骤: 步骤一:部署一维无线传感器网络； 具体步骤如下: 部署探测范围为D的一维传感器网络，网络包括η个传感器和一个基站，所有传感器节点及基站部署在一条定长的直线上，而且
【文档编号】H04W24/02GK103634826SQ201310582448
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】刘小西, 李瑞莹, 黄宁 申请人:北京航空航天大学