基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，步骤如下：（1）、服务器设定极坐标系原点的位置，无线传感器节点根据直角坐标系与极坐标系的位置关系，转化为极坐标位置信息；（2）、每个无线传感器节点将自身极坐标位置信息发送给邻居节点；（3）、根据邻居节点的位置信息，计算出节点相对每个邻居节点在径向达到与邻居节点相切位置时所需改变的虚拟半径及节点到达边界期望位置所需改变的虚拟半径；（4）、并将节点移动至新的坐标位置；（5）、计算出节点的感知圆在圆周方向上达到与邻居节点感知圆相切的位置所需移动的虚拟角度；更新节点的位置信息；（6）、结束或返回步骤（2）。本发明能够提高节点部署区域为圆形的无线传感器网络覆盖率。
【专利说明】基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络覆盖方法，尤其涉及一种基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着无线传感网技术和微电子制造的发展，由大量具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器节点组成的无线传感器网络被应用到军事领域或民用领域。网络覆盖是无线传感器网络的基本问题之一，它反映了传感器网络节点对指定的监控区域监控程度，在很大程度上影响了网络的成本以及网络在各种具体应用中的性能。
[0003]无线传感器网络覆盖算法按照监测目标的不同可以分为目标覆盖研究和区域覆盖研究。在区域覆盖的研究中，通常设定节点部署区域足够大，从而忽略边界影响或者将部署区域假定为矩形。而现实中，无线传感网节点随机抛洒在部署区域中，部署区域与圆形最为接近。但在直角坐标系中圆形边界对节点的位置限定较为复杂，而极坐标系中可通过对半径坐标的限定将节点位置限定在圆形区域中。通常无线传感器网络具有以下特点，在覆盖算法执行之前，节点已准确定位，节点位置已知；节点在二维平面上可自由移动，并可以准确移动到指定位置；节点可通过单跳或者多跳的方式与基站通信。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，能够提高节点部署区域为圆形的无线传感器网络覆盖率。
[0005]本发明采用下述技术方案:一种基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，包括以下步骤:
[0006](I)、网络初始化:无线传感器节点随机部署在半径为R的圆形监测区域内，无线传感器节点通过自身携带的定位装置获取到直角坐标系的位置信息，并将位置信息发送给服务器；
[0007](2)、服务器设定极坐标系原点的位置，并将原点位置信息发送到网络中每个无线传感器节点，无线传感器节点根据直角坐标系与极坐标系的位置关系，将自身直角坐标系位置信息转化为极坐标位置信息；
[0008](3)、每个无线传感器节点通过广播的形式将自身极坐标位置信息发送给邻居节点，极坐标位置信息包括节点的极坐标半径和角度，每个无线传感器节点根据收到的信息统计节点的邻居节点的个数及位置信息，同时计算邻居节点到节点本身的距离；
[0009](4)、根据邻居节点的位置信息，计算出节点达到每个邻居节点径向方向的期望位置时所需改变的虚拟半径，所述的邻居节点径向期望位置为节点沿半径方向移动最短距离达到与邻居节点相切的位置；所述的虚拟半径的大小即两节点的感知圆相切时，节点相对于邻居节点所需移动的距离；并判断节点是否与边界相交，从而计算节点到达边界期望位置所需改变的虚拟半径大小；所述的边界期望位置为节点的感知圆与边界相切的位置；[0010](5)、将节点相对于所有邻居节点和边界达到期望位置所需改变的虚拟半径求和作为实际节点沿径向移动的距离，并将节点移动至新的坐标位置；节点根据极坐标计算出直角坐标，并移动至新位置，直至将所有节点移动至新的坐标位置，并在网络中广播所有节点的新的极坐标位置信息，每个节点根据收到的消息更新邻居节点的信息；
[0011](6)、根据更新之后的邻居节点的位置信息，计算出节点的感知圆在圆周方向上达到与邻居节点感知圆相切的位置所需移动的最小角度，并定义此角度为节点相对邻居节点的虚拟角度；
[0012]( 7 )、依次计算出节点相对每个邻居节点的虚拟角度，并计算节点所有虚拟角度的代数和作为节点实际移动的角度，更新节点的位置信息；节点根据极坐标计算出直角坐标，并移动至新位置，直至将所有节点移动至新的坐标位置，并在网络中广播所有节点的新的极坐标位置信息，每个节点根据收到的消息更新邻居节点的信息；
[0013](8)、计算无线传感器网络中节点实际径向移动距离绝对值之和及圆周方向移动的角度绝对值之和，若径向移动距离绝对值之和小于半径门限值并且圆周方向移动的角度之和小于角度门限值，则结束；若径向移动距离绝对值之和大于角度门限值，则返回步骤
(2)，继续迭代计算对网络进行覆盖优化。
[0014]所述的步骤(4)中节点相对邻居节点的虚拟半径为
[0015]Arij=T1-T1 ；
[0016]其中，
【权利要求】
1.一种基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)、网络初始化:无线传感器节点随机部署在半径为R的圆形监测区域内，无线传感器节点通过自身携带的定位装置获取到直角坐标系的位置信息，并将位置信息发送给服务器； (2)、服务器设定极坐标系原点的位置，并将原点位置信息发送到网络中每个无线传感器节点，无线传感器节点根据直角坐标系与极坐标系的位置关系，将自身直角坐标系位置信息转化为极坐标位置信息； (3)、每个无线传感器节点通过广播的形式将自身极坐标位置信息发送给邻居节点，极坐标位置信息包括节点的极坐标半径和角度，每个无线传感器节点根据收到的信息统计节点的邻居节点的个数及位置信息，同时计算邻居节点到节点本身的距离； (4)、根据邻居节点的位置信息，计算出节点相对每个邻居节点在径向达到与邻居节点相切位置时所需改变的虚拟半径，所述的虚拟半径的大小即两节点的感知圆相切时，节点相对于邻居节点所需移动的距离；并判断节点是否与边界相交，从而计算节点到达边界期望位置所需改变的虚拟半径大小；所述的边界期望位置为节点的感知圆与边界相切的位置； (5)、将节点相对于所有邻居节点和边界达到期望位置所需改变的虚拟半径求和作为实际节点沿径向移动的距离，并将节点移动至新的坐标位置；节点根据极坐标计算出直角坐标，并移动至新位置，直至将所有节点移动至新的坐标位置，并在网络中广播所有节点的新的极坐标位置信息，每个节点根据收到的消息更新邻居节点的信息； (6)、根据更新之后的邻居节点的位置信息，计算出节点的感知圆在圆周方向上达到与邻居节点感知圆相切的位置所需移动的最小角度，并定义此角度为节点相对邻居节点的虚拟角度； (7 )、依次计算出节点相对每个邻居节点的虚拟角度，并计算节点所有虚拟角度的代数和作为节点实际移动的角度，更新节点的位置信息；节点根据极坐标计算出直角坐标，并移动至新位置，直至将所有节点移动至新的坐标位置，并在网络中广播所有节点的新的极坐标位置信息，每个节点根据收到的消息更新邻居节点的信息； (8)、计算无线传感器网络中节点实际径向移动距离绝对值之和及圆周方向移动的角度绝对值之和，若径向移动距离绝对值之和小于半径门限值并且圆周方向移动的角度之和小于角度门限值，则结束；若径向移动距离绝对值之和大于角度门限值，则返回步骤(2)，继续迭代计算对网络进行覆盖优化。
2.根据权利要求1所述的基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，其特征在于:所述的步骤(4)中节点相对邻居节点的虚拟半径为 AW' iJ; 其中，
3.根据权利要求1所述的基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，其特征在于:所述的步骤(4)中的节点相对边界期望位置的虚拟半径为
4.根据权利要求1所述的基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，其特征在于:所述的步骤(6)中的虚拟角度Λ Θ iJ7 θ u≥O时Λ θ u为β -1 Θ Ij I ； θ ^.<0时Λ θ υ为-(β_Ι θ ij I);其中θ u为向量@到向量@之间的角度Qij e (-31，Ji]，β角为向量JT与向量@的夹角，β e [O, ) 0
5.根据权利要求1所述的基于极坐标的无线传感器网络覆盖方法，其特征在于:所述的步骤(8)中的半径门限值为:
【文档编号】H04W24/02GK103916874SQ201410166538
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】杜晓玉, 李辉, 周林, 贾笑明, 马晓燕 申请人:河南大学