基于宽带无线传感器网络的指定高度层覆盖面积测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线传感器网络，特别是涉及一种基于宽带无线传感器网络指定 高度层覆盖面积测量方法，应用于无线传感器网络性能评估及优化部署。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积是衡量无线传感器网络性能的重要 指标之一，它的计算结果也是覆盖系数、盲区系数等其它指标的基础。
[0003] 对于由多个传感器组成的无线传感器网络，由于不同传感器之间的探测范围可能 存在重叠覆盖区域，因此无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积并不能通过简单地将 单个传感器覆盖范围的面积相加得到。同时单个传感器的探测边界不一定是规则的圆形， 可能受到电磁干扰或地形遮蔽产生形变，因此无法用简单的函数描述探测边界，从而无法 通过解析方式计算无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积。
[0004] 目前无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法主要是网格法，即在无 线传感器网络指定高度层探测平面内划分网格进行面积测量，所述网格可以是正方形、圆 形、六边形等形状。使用网格法测量覆盖范围面积的主要算法是蒙特卡洛随机算法，即在网 格中抛洒随机点，判断该点是否落入覆盖区域，如此重复多次，形成正例反例两个计数器， 最后求得覆盖范围的面积；另外，中国发明专利CN102798370B(以下简称对比文件1)公开 了一种雷达网指定高度层作用范围的面积测量方法，该方法通过数据采集、生成网格、网格 投影、去冗处理、拟合处理、集成处理、网格统计等步骤，较好的完成了面积测量，该方法也 可以应用到无线传感器网络领域。
[0005] 上述基于蒙特卡洛算法的网格法思路简洁，但需要产生大量的随机点，耗时较长， 精度难以保证，难以满足需要重复调用面积算法的工程实践；而对比文件1所公开的方法 在网格投影、去冗处理、拟合处理这三个步骤中采取了先投影再拟合的策略，导致了拟合处 理之前需要处理大量离散投影点，且处理步骤复杂，虽然可以用于工程实践，但仍有很大改 进空间。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上的问题，本发明提供一种基于插值投影的宽带无线传感器网络指定高度 层覆盖范围的面积测量方法，在满足工程实践测量精度的要求下，用以解决当前的算法时 间消耗较高、精度较低的问题。
[0007] 本发明所述面积测量方法包括以下步骤：
[0008] 数据采集步骤：设置采样密度，根据传感器覆盖半径和干扰环境，计算无线传感器 网络中每个传感器在指定高度层上覆盖范围的边界采样点坐标值，并将其按照边界的顺时 针或逆时针方向进行存储；
[0009] 划分网格步骤：根据所得的边界采样点和覆盖半径确定网格区域范围，设置网格 长度，划分网格，所述网格区域能够包含所有传感器的边界采样点；
[0010] 化简处理步骤：将采样点的原始坐标变换为采样点对应网格的行号和列号，然后 对存储位置相邻的且行号相同的采样点，取其平均值作为代表进行保留；
[0011] 插值投影步骤：为整个无线传感器网络分配一个网格存储器，所述网格存储器是 一个行数与网格区域垂直方向网格数目相同的二维表格，然后以插值的形式将采样点和插 值点依次存放在网格存储器中；
[0012] 网格统计步骤：根据网格存储器计算得到无线传感器网络指定高度层覆盖范围的 面积。
[0013] 所述采样密度，即在360度方向上的采样点数，取值范围最好在72~720之间；
[0014] 所述计算每个传感器在指定高度层上覆盖范围的边界采样点坐标值的方法可采 用电磁干扰或地形遮蔽算法；
[0015] 所述网格长度1由下述公式确定：
[0016]
【主权项】
1. 一种宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法，其特征包括以下步 骤： 数据采集步骤：设置采样密度，根据传感器覆盖半径和干扰环境，计算无线传感器网络 中每个传感器在指定高度层上覆盖范围的边界采样点坐标值，并将其按照边界的顺时针或 逆时针方向进行存储； 划分网格步骤：根据所得的边界采样点和覆盖半径确定网格区域范围，设置网格长度， 划分网格，所述网格区域能够包含所有传感器的边界采样点； 化简处理步骤：将采样点的原始坐标变换为采样点对应网格的行号和列号，然后对存 储位置相邻的且行号相同的采样点，取其平均值作为代表进行保留； 插值投影步骤：为整个无线传感器网络分配一个网格存储器，所述网格存储器是一个 行数与网格区域垂直方向网格数目相同的二维表格，然后以插值的形式将采样点和插值点 存放在网格存储器中； 网格统计步骤：根据网格存储器计算得到无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面 积。
2. 根据权利要求1所述的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法， 其特征在于数据采集步骤中所述采样密度的取值范围在72~720之间。
3. 根据权利要求1所述的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法， 其特征在于数据采集步骤中所述计算无线传感器网络中每个传感器在指定高度层上覆盖 范围的边界采样点坐标值的方法为电磁干扰或地形遮蔽算法。
4. 根据权利要求1至3任意之一所述的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面 O JT 积测量方法，其特征在于划分网格步骤中所述网格长度1由下述公式确定：/ = ; 其中π为圆周率，N为采样点的采样密度，M为无线传感器网络中最小的覆盖半径，k 为比例系数，取值在0.001~0.9之间。
5. 根据权利要求4所述的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法， 其特征在于所述插值投影步骤具体包括以下步骤： (1) 为每一个传感器分配一个NrXN1的网格存储器，其中Nr、N1为网格行数和列数，Ni =α · η，α取5~20之间的整数，η为传感器个数； (2) 将化简处理步骤中行号相同的采样点，按照列号大小顺序存放在网格存储器的相 应行号中； (3) 将化简处理步骤后的第i个采样点的行号同第i-Ι个采样点的行号和第i+Ι个采 样点的行号比较，别为第i个采样点的行号，l〈i〈N，N为采样密度，如果满足下式，则将 第i个采样点再存放一次：fVi ^+1或者; Lx > JV1 U < 兄-1 (4) 对于第一个采样点，则将第一个、第二个和最后一个采样点进行比较；对于最后一 个采样点，则将倒数第二个、最后一个和第一个采样点进行比较，之后按照⑶原则进行处 理； (5) 以每两个在存储位置上邻近的采样点为两个端点，根据下式，确定第h行的采样点 的列号U并存储：
其中xk、yk分别为第k个采样点的列号和行号，X k+1、yk+1分别为第k+Ι个采样点的列号 和行号，且yk〈h〈yk+1，0〈k〈N ;「·"]表示向上取整，N+表示正整数集，V表示中间变量。
6.根据权利要求5所述的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法， 其特征在于所述网络统计步骤具体包括以下步骤： (1) 对网格存储器中的每一行，按照列号由小到大对数据进行排序； (2) 对网格存储器的第y行的第i个数据，统计其前或后所属不同传感器的数据个数， 所述数据个数不包括与该第i个数据所属相同传感器的数据个数，然后判断这些数据个数 的奇偶性，若为奇数，则将第i个数据删去；若为偶数，则不作处理，其中i = 1，...，|y I， y I为网格存储器第y行的数据个数总数； (3) 将第y行中第2f-l个数据同第2f个数据的差的绝对值相加，得到第2f-l个数据 同第2f个数据之间的网格个数，其中/ = 1, ...，￥，|y|为网格存储器第7行的数据个数总 2 数；统计第y行的网格个数的总数为gy; (4) 统计得到整个无线传感器网络覆盖范围所覆盖的网格数G = ，进一步得到整 y-1 个无线传感器网络覆盖范围的面积S = G · I2。
【专利摘要】本发明提供一种基于插值投影的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法，在满足工程实践测量精度的要求下，用以解决当前的算法时间消耗较高的问题。本发明所述面积测量方法包括以下步骤：数据采集；划分网格；化简处理；插值投影；网格统计。本发明提供的宽带无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积测量方法快捷方便，精度与测量耗时都可以达到比较满意的效果，并且其可靠性也较高，可以处理各类样式的无线传感器网络指定高度层覆盖范围的面积。
【IPC分类】H04B17-00
【公开号】CN104734786
【申请号】CN201510093673
【发明人】刘运成, 刘彦君, 吴豪
【申请人】刘运成, 刘彦君, 吴豪
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月3日