混杂网络移动节点覆盖探测方法及节点部署选择方法
【专利摘要】本发明提供了一种混杂网络移动节点部署选择方法，包括：移动节点从起点出发，首先选择基本行为进行部署探测，每执行完一个基本行为则部署一个静态节点，部署过程中移动节点主动获取障碍物在水平方向上的距离差；如果水平方向上不存在障碍物，则继续执行部署探测；移动节点每执行完一个基本行为；移动节点启用执行垂直基本行为进行静态节点部署，完成后进入下一个方向上的基本行为的部署探测流程；移动节点用3节点加1距离法来判断X方向上靠近障碍物区域的点位是否属于部署静态节点的有效点位，满足预定条件则执行静态节点的部署，否则放弃部署。本发明提出的节点部署选择方法能够有效节省静态节点的部署数量。
【专利说明】混杂网络移动节点覆盖探测方法及节点部署选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混杂网络中移动节点的控制【技术领域】，特别涉及一种混杂网络移动节 点覆盖探测方法及节点部署选择方法。
【背景技术】
[0002] 节点部署是无线传感器网络研究领域的基本问题之一，根据允许的部署方式和应 用需求，将适量的节点布置在监测区域内的适当位置。
[0003] 混杂传感器网络是在无线传感器网络的基础上新增移动节点，依托移动节点的可 控制性和机动能力执行覆盖探测、漏洞补充覆盖和节点部署等增强功能。节点部署是确保 混杂传感器网络维持高效率的监测效能的第一步。
[0004] 移动节点和已经存在的无线传感器网络系统自动组成混杂网络，部署的传感器节 点（含静态节点和移动节点）能够彼此通信，相互之间通过多跳方式通信。就成本而言，配 置的传感器节点的数量是非常重要的，过多部署节点会增加成本。同时，针对一个部署好的 无线传感器网络来说，静态节点失效（比如电池电量不足等原因）会造成某些区域不被覆 盖，这时需要移动节点进行覆盖空洞的修复。
[0005] 混杂传感器网络可通过移动节点提前进行覆盖探测，评估出整个覆盖区域内的静 态节点的各个覆盖部署点，从而实现某个特定区域被充分覆盖和完全处于监视之下。
[0006] 网络覆盖是混杂网络分布式信息采集和数据处理面临的基本问题之一，传感器节 点可能任意分布在配置区域，如何实现整个监控区域的全面覆盖是很重要的，目前很多研 究大多是针对监控区域进行静态节点随机抛洒，在有序部署时针对重点区域主要通过多部 署一些静态节点以基本实现覆盖需求，这对系统成本和整个系统功耗来说带来挑战。
[0007] 有鉴于此，针对现有技术中存在的不足，本领域亟需一种新的混杂网络中移动节 点覆盖探测选择策略，能够解决监控区域的覆盖空洞问题，同时能够有效节省静态节点的 部署数量。
【发明内容】
[0008] 针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种混杂网络移动节点覆盖探测方法， 在解决监控区域的覆盖空洞的同时能够有效节省静态节点的部署数量。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混杂网络移动节点覆盖探测方法，包 括：设计出移动节点覆盖探测基本行为集，通过基本行为的组合来完成非障碍物区域的覆 盖探测，再结合围绕障碍物周边的部署探测，最终得出移动节点整个部署探测路径的累积 代价。
[0010] 进一步，所述设计出移动节点覆盖探测基本行为集，通过基本行为的组合来完成 非障碍物区域的覆盖探测，再结合围绕障碍物周边的部署探测，最终得出移动节点整个部 署探测路径的累积代价，包括：根据预定义的传感器部署模型，设计出移动节点基本行为 集，将整个覆盖探测区域建立包括X方向和Y方向的坐标系，并评估出整个监控区域在该坐 标系下各个基本行为集的部署点位；对于非障碍物区域，将移动节点的部署探测流程转换 为对移动节点执行固定点位的操作控制；对于障碍物区域，通过3节点加1距离法来判断X 方向上靠近障碍物区域的点位是否属于部署静态节点的有效点位，满足条件则执行静态节 点的部署，否则放弃部署；对整个监控区域的有效覆盖进行探测，并且规避监控区域障碍物 造成的覆盖空洞。
[0011] 进一步，所述预定义的传感器部署模型进一步包括：
[0012] 在给定部署区域大小和节点无线收发距离的条件下，基于布尔传感模型且假定全 向感知，在同样形态的所有传感器具有共同的感知范围，在感知范围内的事件都能被可靠 地检测到，在范围之外的就完全无法感知，在位置P处的传感器节点观察到位置q的事件时 传感器的输出信号的强度为：
[0013]
【权利要求】
1. 一种混杂网络移动节点覆盖探测方法，其特征在于，包括： 设计出移动节点覆盖探测基本行为集，通过基本行为的组合来完成非障碍物区域的覆 盖探测，再结合围绕障碍物周边的部署探测，最终得出移动节点整个部署探测路径的累积 代价。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计出移动节点覆盖探测基本行为 集，通过基本行为的组合来完成非障碍物区域的覆盖探测，再结合围绕障碍物周边的部署 探测，最终得出移动节点整个部署探测路径的累积代价，包括： 根据预定义的传感器部署模型，设计出移动节点基本行为集，将整个覆盖探测区域建 立包括X方向和Y方向的坐标系，并评估出整个监控区域在该坐标系下各个基本行为集的 部署点位； 对于非障碍物区域，将移动节点的部署探测流程转换为对移动节点执行固定点位的操 作控制； 对于障碍物区域，通过3节点加1距离法来判断X方向上靠近障碍物区域的点位是否 属于部署静态节点的有效点位，满足条件则执行静态节点的部署，否则放弃部署； 对整个监控区域的有效覆盖进行探测，并且规避监控区域障碍物造成的覆盖空洞。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定义的传感器部署模型进一步包 括： 在给定部署区域大小和节点无线收发距离的条件下，基于布尔传感模型且假定全向感 知，在同样形态的所有传感器具有共同的感知范围，在感知范围内的事件都能被可靠地检 测到，在范围之外的就完全无法感知，在位置P处的传感器节点观察到位置q的事件时传感 器的输出信号的强度为：
(1) 式中，I I · I |2是点之间的欧几里德距离，α是常数测量值， 从传感器节点的连接特性和覆盖特性两方面进行考虑，假设传感器能够感应距离rs之 内发生的事件，节点的通信半径，记为r。，且/: >力/:,将三个相邻的传感器节点A、B、C的传 感区域相交于一点，并且三个相邻的传感器节点A、B、C任意之间的距离都等于#
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据布尔传感模型的定义，设计出移 动节点基本行为集，将整个覆盖探测区域建立包括X方向和Y方向的坐标系，并评估出整个 监控区域在该坐标系下各个基本行为集的部署点位，包括： 假设在矩形覆盖探测区域存在障碍物，移动节点装配有距离探测传感器以有效探测周 边障碍物距离并获得移动节点的运动距离和方向； 加上移动节点无碰、安全运动部署到目标点，需要分布设计了移动节点水平方向的覆 盖探测规则叫和垂直方向的覆盖探测规则％和\的定义如公式（2)和（3)所示： 水平覆盖探测规则中，移动节点水平覆盖探测规则可定义如下： ui = (rs, P i) (2) 其中，p i e {〇, ji }; 垂直覆盖探测规则中，移动节点垂直覆盖探测规则可定义如下： Vi = (rs. 9 i)⑶
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部署探测累积代价的计算方法包括： 假设在不考虑障碍物的情况下，矩形覆盖探测区域的水平方向和垂直方向都由基本行 为集组成，定义K为进行基本行为覆盖的最大部署节点数； 在移动节点部署探测过程中，整个探测路径的累积代价是由基本行为集路径和所经过 障碍物周边部署探测的代价求和得到的，根据以上代价函数的定义，路径1的代价为：
(4) 其中，q是障碍物数量，1,是障碍物的周边长；I为移动节点根据覆盖探测基本行为运 动时选择的静态节点部署点位的集合； 移动节点在每个部署点仅覆盖一个静态节点，引入布尔变量来表示移动节点覆盖 探测点i和静态节点k部署之间的选择关系：
(5) 定义变量σ表示移动节点的部署探测方向；
(6) 针对所要覆盖探测区域来说，移动节点根据基本行为集进行部署探测时的位置定义如 下：
其中，j彡1且属于偶数； 在围绕障碍物部署探测时采用3节点加1距离法来判断X方向上靠近障碍物区域的点 位是否属于部署静态节点的有效点位； 满足公式（9)条件则执行静态节点的部署，否则放弃部署；
C9) 移动节点纵坐标是位于基本行为集的运动前进方向左侧基本行为部署点的距离差； 混杂网络移动节点探测选择的目标是在满足所有区域覆盖需求的前提下最小化部署 路径，在此基础上部署节点数量也就最少，上述方法可描述为以下满足特定限制： max 1 (10)
公式（11)表示移动节点探测选择策略不能过度覆盖，即能通过探测部署的邻居静态 节点满足覆盖条件情况下不进行重复部署；公式（12)表示移动节点部署探测部署方案必 须满足不超过部署静态节点总数限制的条件；公式（13)表示每个部署探测点只能部署一 个静态节点。
6. -种混杂网络移动节点部署选择方法，其特征在于，包括： 步骤501，系统启动，开始执行部署探测操作； 步骤502,移动节点从起点出发，首先选择基本行为A进行部署探测，每执行完一个基 本行为A则部署一个静态节点，部署过程中移动节点主动获取障碍物在水平方向上的距离 差； 步骤503,如果水平方向上不存在障碍物，则继续执行部署探测； 步骤504,移动节点每执行完一个基本行为Upi自动加1,进入下一个基本行为％部署 点位； 步骤505,移动节点启用\执行垂直基本行为进行静态节点部署，完成后进入下一个X 方向上的A基本行为的部署探测流程； 步骤506,移动节点用3节点加1距离法来判断X方向上靠近障碍物区域的点位是否属 于部署静态节点的有效点位，满足权利要求5中公式（9)条件则执行静态节点的部署，否则 放弃部署。
【文档编号】H04W16/18GK104301907SQ201410632588
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】丁飞, 宋爱国 申请人:东南大学