一種在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法，在傳感器網(wǎng)絡(luò)部署場景的平面圖中，首先忽略障礙物對傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際部署的影響，直接運(yùn)用理想環(huán)境下的最優(yōu)分布結(jié)論，得到各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息集合A。然后采用遞增式算法策略，依次引入監(jiān)測場景中的障礙物，再討論新引入的障礙物對傳感器節(jié)點(diǎn)集合A中節(jié)點(diǎn)的影響范圍，接著依次考慮位于影響范圍內(nèi)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域受障礙物影響的解決方法。
【專利說明】一種在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋要求的節(jié)點(diǎn)分布算法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路和無線通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始被越來越多的人所關(guān)注，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興技術(shù)，完全采用分布式處理，具有監(jiān)測精度高、容錯(cuò)性能好、覆蓋區(qū)域大、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多小的，處理和計(jì)算能力有限，能量有限，有通信能力的節(jié)點(diǎn)所組成，大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間逐跳的傳輸，最終到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0003]傳感器節(jié)點(diǎn)的部署問題一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域里研究的核心問題之一。因?yàn)樗苯佑绊憳?gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)的花銷，以及指定區(qū)域的監(jiān)測能力。目前，國內(nèi)外有大量的研究都是針對傳感器節(jié)點(diǎn)的部署問題展開的。但是，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋要求的節(jié)點(diǎn)部署問題卻并沒有過多的研究。
[0004]目前，針對傳感器節(jié)點(diǎn)全覆蓋的部署問題主要研究結(jié)果有以下幾種:
1.理想環(huán)境下的最優(yōu)分布
這種理想環(huán)境下的最優(yōu)分布是實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋要求最基本的方法，在該方法中，為了保證傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍重疊區(qū)域最小且實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，同時(shí)滿足相鄰節(jié)點(diǎn)間的通信要求，該方法按照傳感器感知半徑Fe和通信半徑Fs之間的關(guān)系分成兩種情形進(jìn)行討論:當(dāng)時(shí)，為了保證最小重疊覆蓋，部署的傳感器節(jié)點(diǎn)間的距離為抑s ,此時(shí)在完成全覆蓋的要求下節(jié)點(diǎn)間的通信要求自動(dòng)滿足。2)當(dāng)Fe < 時(shí)，此時(shí)的全覆蓋要求受限于通信半徑的影響，部署的傳感器節(jié)點(diǎn)間的距離為fe。這種分布方法對其他傳感器節(jié)點(diǎn)的部署問題起到了指導(dǎo)作用，但是該方法最大的問題就是并沒有討論在復(fù)雜環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)部署問題。
[0005]2.0RRD 算法
一種基于機(jī)器人的節(jié)點(diǎn)部署算法ORRD (obstacle-resistant robot deployment),其基本思想是，考慮機(jī)器人移動(dòng)部署傳感器節(jié)點(diǎn)，按照上面I中的理想最優(yōu)分布方式的位置關(guān)系部署傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)路線受到障礙物影響時(shí)，采取規(guī)定的障礙物處理原則，在其他位置繼續(xù)布置節(jié)點(diǎn)，最終完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署。但是，具體分析ORRD算法過程后，發(fā)現(xiàn)這種方法并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的全覆蓋要求。特別是當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)路線沒有被影響時(shí)，所部署的傳感器節(jié)點(diǎn)可能仍會(huì)被障礙物影響，在其監(jiān)測范圍內(nèi)產(chǎn)生監(jiān)測盲區(qū)。
[0006]3.確保完全覆蓋的有效分布算法
一種確保完全覆蓋的有效分布算法，其基本思想是，對監(jiān)測區(qū)域按大小進(jìn)行分區(qū)。在大的監(jiān)測分區(qū)中，按照上面I中的理想最優(yōu)分布方法部署傳感器節(jié)點(diǎn)。而在小的有障礙物的分區(qū)中，就需要沿著障礙物的邊界以及在障礙物的頂點(diǎn)位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，以確保在障礙物的影響下仍能實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的完全覆蓋。但是，在此種算法中，但是并沒有針對障礙物的特性進(jìn)行足夠的分析工作，這就會(huì)導(dǎo)致大量部署冗余的傳感器節(jié)點(diǎn)，提高構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的花銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]對于傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的通信半徑《Te往往會(huì)大于感知半徑Fs,本發(fā)明中采用節(jié)點(diǎn)具有的關(guān)系。位于傳感器節(jié)點(diǎn)感知半徑內(nèi)的區(qū)域稱為感知區(qū)域，這部分是可以
被該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測的。但是，當(dāng)感知區(qū)域和傳感器節(jié)點(diǎn)之間有障礙物阻隔時(shí)，就認(rèn)為這塊區(qū)域不能被該節(jié)點(diǎn)監(jiān)測，屬于監(jiān)測盲區(qū)。
[0008]為了克服現(xiàn)有的滿足全覆蓋要求的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法對障礙物影響分析的不足，在充分分析現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場景后，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)場景中基本模型是矩形的障礙物占據(jù)了大部分比例。因此，主要針對于矩形障礙物，本發(fā)明提出了一種新的在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋要求的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法(obstacle-resistant ful 1-coverage deployment,簡稱ORFCD算法)。針對監(jiān)測環(huán)境內(nèi)具體障礙物所處的位置特點(diǎn)分析得到需要部署傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域的完全覆蓋，并且有效減少冗余節(jié)點(diǎn)的布置。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在傳感器網(wǎng)絡(luò)部署場景的平面圖中，首先忽略障礙物對傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際部署的影響，直接應(yīng)用理想環(huán)境下的最優(yōu)分布結(jié)論，得到各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息集合A。然后采用遞增式算法策略，依次引入監(jiān)測場景中的障礙物，再討論新引入的障礙物對傳感器節(jié)點(diǎn)集合A中節(jié)點(diǎn)的影響范圍，接著依次考慮位于影響范圍內(nèi)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域受障礙物影響的解決方法。本發(fā)明中采用的解決方法就是按照障礙物是否占據(jù)集合A中的節(jié)點(diǎn)位置分成兩大情形進(jìn)行討論。為了再進(jìn)一步對兩大情形劃分成各類情況進(jìn)行分析，這里引入水平圓心連線和豎直圓心連線的概念。在應(yīng)用理想環(huán)境下的最優(yōu)分布算法得到的傳感器節(jié)點(diǎn)分布位置中，連接同一行傳感器節(jié)點(diǎn)的連線(傳感器節(jié)點(diǎn)位于感知范圍的圓心)，即所謂的水平圓心連線(horizontal linethrough the center,簡稱HLTC);而豎直圓心連線(vertical line through the center,簡稱VLTC)則是連接同一列傳感器節(jié)點(diǎn)的連線。對于沒有占據(jù)集合A中的節(jié)點(diǎn)位置的情形而言，本發(fā)明會(huì)討論障礙物與豎直圓心連線(VLTC)相交的不同情形，在每一類情形中，依據(jù)障礙物頂點(diǎn)相對于集合A中傳感器感知范圍的不同位置關(guān)系以及障礙物與水平圓心連線(HLTC)的相交情形得到實(shí)際應(yīng)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息。而對于障礙物占據(jù)了集合A中的節(jié)點(diǎn)位置的情形而言，考慮該障礙物影響范圍內(nèi)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)位置有沒有被障礙物占據(jù)，以及傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)障礙物邊界與水平圓心連線和豎直圓心連線的相交情形得到實(shí)際應(yīng)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息。
[0010]本發(fā)明的顯著效果包括:對于在二維現(xiàn)實(shí)空間中實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的問題進(jìn)行了有針對性的研究，提出了復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法來解決實(shí)際場景中的障礙物影響傳感器節(jié)點(diǎn)部署的問題，形成了基于二維平面復(fù)雜環(huán)境的實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的算法0RFCD。該算法考慮了矩形障礙物的幾何特性以及傳感器網(wǎng)絡(luò)分布特點(diǎn)等因素，運(yùn)用遞增式策略，能夠在存在障礙物的復(fù)雜場景下得到傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際部署位置，從而保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域的全覆蓋需求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明進(jìn)一步說明，
圖1為ORrcD的示例示意圖；
圖2為理想環(huán)境下最優(yōu)分布方法示意圖；
圖3為障礙物影響范圍及HLTC、VLTC示意圖；
圖4、圖5、圖6為障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布位置的情形下障礙物不與豎直圓心連線相交情形的示意圖；
圖7、圖8、圖9為障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布位置的情形下障礙物與任意一條豎直圓心連線相交情形的示意圖；
圖10、圖11為障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布位置的情形下障礙物與多條豎直圓心連線相交情形的示意圖；
圖12為障礙物占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布位置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提出的算法以理想環(huán)境下最優(yōu)分布方法為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋為目的。以圖1所示的場景為例，ORFCD算法步驟如下:
在圖1所示的場景中，逐個(gè)引入場景中的障礙物，然后討論新引入的障礙物對理想環(huán)境下最優(yōu)分布的節(jié)點(diǎn)的影響范圍，接著依次考慮位于影響范圍內(nèi)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域受障礙物影響的解決方法。由于原始分布可以保證該區(qū)域在開放理想環(huán)境下的全覆蓋，因而通過這種遞增式分析策略，得到的分布結(jié)果就可以滿足存在障礙物的環(huán)境下的全覆蓋要求。
[0013]另外，相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域相交的部分我們稱為覆蓋公共區(qū)域。任一傳感器節(jié)點(diǎn)與周圍的6個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)共形成6個(gè)覆蓋公共區(qū)域，其中與同一行鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的2個(gè)公共區(qū)域我們記為I類公共區(qū)域，與相鄰兩行鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的其他4個(gè)公共區(qū)域我們記為II類公共區(qū)域。
[0014]在圖1所示實(shí)施例中，由于采用的傳感器節(jié)點(diǎn)具有IV乏Vifjr的關(guān)系，因而在忽略
障礙物存在的條件下以最小重疊面積實(shí)現(xiàn)全覆蓋的最優(yōu)分布方法如圖2所示。此時(shí)，相鄰
的傳感器節(jié)點(diǎn)間的距離是'Brs，彼此間通信連通關(guān)系自動(dòng)滿足。按照此種方法，只要給定
任一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，即可根據(jù)幾何關(guān)系求出與其相鄰的六個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，最終可以完成在理想開放環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)的部署。然后采用遞增式策略，逐個(gè)引入監(jiān)測場景中的障礙物，再討論新引入的障礙物對理想環(huán)境下最優(yōu)分布的節(jié)點(diǎn)的影響范圍，接著依次考慮位于影響范圍內(nèi)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域受障礙物影響的情況。
[0015]如圖3所示，當(dāng)傳感器感知半徑為Fjr時(shí)，以傳感器感知半徑Fs為距離擴(kuò)展障礙物邊界范圍，得到擴(kuò)大區(qū)域，落入該區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)其監(jiān)測范圍會(huì)受到障礙物的影響，因而此區(qū)域就是我們稱為的障礙物影響范圍。圖3中在影響范圍內(nèi)有10個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)受到該障礙物的影響。
[0016]完成傳感器的初始最優(yōu)分布后，接下來將對障礙物分兩大類情況進(jìn)行討論:
一、矩形障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置。[0017]此時(shí)，障礙物的邊界內(nèi)部沒有傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)逐個(gè)考慮在影響范圍內(nèi)的原始最優(yōu)分布節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要判斷該節(jié)點(diǎn)覆蓋半徑內(nèi)是否有障礙物頂點(diǎn)，在感知半徑內(nèi)是否有障礙物與水平或豎直圓心連線的交點(diǎn)。在此情形下，又可細(xì)分為以下情況:
I)、當(dāng)障礙物不與豎直圓心連線相交時(shí)。此種情形下障礙物的橫邊長度小于，
而豎邊為任意長度，與豎直圓心連線不相交，如圖4、5、6所示。
[0018]此種情形下，在影響范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)按以下情形依次討論:
(I)討論一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的障礙物頂點(diǎn)。障礙物四個(gè)頂點(diǎn)均位于同一個(gè)公共區(qū)域內(nèi)時(shí)，不增加傳感器節(jié)點(diǎn)。除此種情形外，分析以下情況:若障礙物任一橫邊兩頂點(diǎn)均位于一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，且其中最多只有一個(gè)頂點(diǎn)落入覆蓋相交區(qū)域，則在距離圓心較遠(yuǎn)的頂點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。如圖4中的S1，S2，圖5、6中的S2所示。若障礙物任一橫邊兩頂點(diǎn)均位于覆蓋公共區(qū)域內(nèi)，則僅當(dāng)兩點(diǎn)均落入第I類公共區(qū)域內(nèi)，且兩
頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)與該傳感器節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)距離小于.時(shí)，在距離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)處的頂點(diǎn)處
增加I個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，否則不增加傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖5中的S3。而當(dāng)障礙物任一橫邊只有一個(gè)頂點(diǎn)位于該傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，且此頂點(diǎn)不在公共區(qū)域內(nèi)時(shí)，在該點(diǎn)處增加I個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，否則不增加，如圖6中S3、S4所示。
[0019]判斷點(diǎn)是否位于圓內(nèi)的方法也很簡單，可以通過計(jì)算該點(diǎn)坐標(biāo)與圓心的距離是否
小于半徑長度。例如判斷V點(diǎn)是否位于圓O內(nèi)，可由是否小于rs
來進(jìn)行判斷。而當(dāng)判斷一個(gè)頂點(diǎn)是否位于兩圓公共相交區(qū)域時(shí)，則只需要判斷該頂點(diǎn)是否同時(shí)位于兩個(gè)圓內(nèi)即可。于此同時(shí)，通過與不同相鄰節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算可以方便的判斷出該頂點(diǎn)是位于第一類公共區(qū)域還是第二類公共區(qū)域。
[0020](2)討論水平圓心連線與障礙物交點(diǎn)。若在一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)有水平圓
心連線與障礙物兩豎邊的兩個(gè)交點(diǎn)，且兩交點(diǎn)的橫坐標(biāo)與該節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)相距成Ws
長度內(nèi)，則在距離感知圓圓心較遠(yuǎn)的交點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖5、6中SI點(diǎn)所示。若沒有障礙物與水平圓心連線的交點(diǎn)或不滿足相距條件，則不增加傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0021]2)、障礙物與I條任意的豎直圓心連線相交。又由于障礙物沒有占用初始最優(yōu)
分布節(jié)點(diǎn)位置，所以此種情形下，障礙物的橫邊長度小于等于，豎邊長度小于等于
3rs。
[0022]此時(shí)，若一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)有矩形障礙物全部四個(gè)頂點(diǎn)且四個(gè)頂點(diǎn)不在同一個(gè)公共相交區(qū)域，則不再細(xì)分各類情況，統(tǒng)一在四個(gè)頂點(diǎn)處布置傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖7所示。排除這一情況后，若一個(gè)節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)有障礙物任一橫邊上兩個(gè)頂點(diǎn)，則當(dāng)兩頂點(diǎn)均不在第II類公共區(qū)域內(nèi)時(shí)，在兩頂點(diǎn)處分別增加傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖8中的S2、S3，以及圖9中S1、S2所示。而若其中一個(gè)頂點(diǎn)位于第II類公共區(qū)域內(nèi)，則在另一頂點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖9中的S3所示。而當(dāng)在一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)只有任一個(gè)障礙物橫邊上一個(gè)頂點(diǎn)，則只有當(dāng)該頂點(diǎn)不在公共區(qū)域時(shí)，在該頂點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖8中SI所示，其他情形下均不增加傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0023]3)、障礙物與2條或2條以上任意兩圓的豎直圓心連線相交，此種情形下，障礙物的橫邊長度沒有限制，豎邊長度小于等于,且與水平圓心連線沒有交點(diǎn)。
[0024]( I)討論一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的障礙物頂點(diǎn)。若障礙物任一豎邊兩頂點(diǎn)均位于一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，且其中最多只有一個(gè)頂點(diǎn)落入覆蓋相交區(qū)域，則在距離圓心較遠(yuǎn)的頂點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖10中S5、S6所示。若障礙物任一豎邊兩頂點(diǎn)均位于覆蓋公共區(qū)域內(nèi)，則僅當(dāng)兩頂點(diǎn)分別落入第I類、第II類公共區(qū)域內(nèi)，在距離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)處的頂點(diǎn)處增加I個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，否則不增加傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖10中的S1，S2所示。而當(dāng)障礙物任一豎邊只有一個(gè)頂點(diǎn)位于該傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，若此頂點(diǎn)或者不在公共區(qū)
域內(nèi)，或者位于第I類公共區(qū)域內(nèi)并且橫坐標(biāo)與該傳感器節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)距離小于
時(shí)，在該頂點(diǎn)處增加I個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖11中S1、S2、S3、S4所示，否則不增加。
[0025](2)討論豎直圓心連線與障礙物交點(diǎn)。若在一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)有豎直圓心連線與障礙物兩橫邊的兩個(gè)交點(diǎn)，則在距離感知圓圓心較遠(yuǎn)的交點(diǎn)處增加一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖10中的S3、S4、S7點(diǎn)所示。否則，不增加傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0026]二、矩形障礙物占據(jù)了初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置。
[0027]此時(shí)同樣依照遞增式策略，依次引入障礙物影響范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)按以下情況討論:
1、在一個(gè)傳感器覆蓋范圍內(nèi)有障礙物的頂點(diǎn)，且若圓心位置沒有被障礙物所占，則當(dāng)該頂點(diǎn)不在公共區(qū)域內(nèi)，或者該頂點(diǎn)落入第I類公共區(qū)域內(nèi)，且該頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)與該傳感
器節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)距離小于時(shí)，則應(yīng)在該頂點(diǎn)處增加傳感器節(jié)點(diǎn)。如圖12所示，分
別在圓V3、V4、V5中的S4、S5、S6頂點(diǎn)處布置節(jié)點(diǎn)。
[0028]2、若在一個(gè)傳感器覆蓋范圍內(nèi)障礙物占據(jù)了傳感器節(jié)點(diǎn)位置，則當(dāng)該覆蓋范圍內(nèi)有障礙物邊界與水平圓心連線和豎直圓心連心的交點(diǎn)時(shí)，分別在相應(yīng)的交點(diǎn)位置增加傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖12所示。圖12中Vl圓被占據(jù)圓心，且在該傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)有障礙物與水平圓心連線和豎直圓心連線的交點(diǎn)，因而就在S1、S2交點(diǎn)處布置傳感器。而V2圓覆蓋范圍內(nèi)只有障礙物與豎直圓心連線的交點(diǎn)，所以就在S3處布置傳感器節(jié)點(diǎn)。對于線段求交問題，在計(jì)算幾何領(lǐng)域已經(jīng)有了很多研究與應(yīng)用。
[0029]3、若傳感器覆蓋范圍內(nèi)沒有障礙物頂點(diǎn)和障礙物與水平圓心連線或豎直圓心連心的交點(diǎn)，則不用在該覆蓋圓范圍內(nèi)增加傳感器節(jié)點(diǎn)。如圖12中的V6所示。
[0030]根據(jù)上述案例的算法具體實(shí)施過程，可以通過矩形障礙物信息及其他由復(fù)雜障礙物形狀拆解成的矩形障礙物信息計(jì)算出需要布置傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息。對于監(jiān)測場景中的復(fù)雜障礙物，我們拆解成矩形障礙物的基本原則是:將復(fù)雜障礙物分解成沒有相交區(qū)域的盡可能大的矩形進(jìn)行分析。完成上面的算法后，我們會(huì)得到需要部署傳感器的位置信息。為了應(yīng)對場景中的復(fù)雜障礙物的情形，還需要進(jìn)行以下算法:需要遍歷上述算法中得出的傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息，若發(fā)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)同在幾個(gè)障礙物的邊界上或同在幾個(gè)障礙物的頂點(diǎn)上，則應(yīng)刪除該位置處節(jié)點(diǎn)。最后這部分對于傳感器節(jié)點(diǎn)的遍歷是為了解決復(fù)雜障礙物拆解成基本矩形障礙物后出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)位置問題，防止由基本矩形得到的傳感器節(jié)點(diǎn)位于原始復(fù)雜障礙物內(nèi)部。
【權(quán)利要求】
1.一種在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法，其特征是:其特征在于，該方法包括以下步驟:a、在復(fù)雜環(huán)境下忽略障礙物的影響，得到理想環(huán)境下的傳感器節(jié)點(diǎn)最佳分布位置集合A ;b、依次得到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測場景中的障礙物的影響范圍；c、討論障礙物影響范圍內(nèi)集合A中的傳感器節(jié)點(diǎn)與矩形障礙物的位置關(guān)系；d、依據(jù)相應(yīng)的位置關(guān)系，采用對應(yīng)的解決方案得到在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋需要部署的傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法，其特征是，依次考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測場景中的障礙物，當(dāng)傳感器感知半徑rs時(shí)，獲得的障礙物影響范圍是以傳感器感知半徑為距離擴(kuò)展障礙物邊界范圍，得到的障礙物擴(kuò)大區(qū)域，由于落入該區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)其監(jiān)測范圍會(huì)受到障礙物的影響，因而此區(qū)域就是我們稱為的障礙物影響范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法，其特征是，在監(jiān)測場景中逐個(gè)考慮位于障礙物影響范圍內(nèi)的集合A中的傳感器節(jié)點(diǎn)與存在的矩形障礙物的位置關(guān)系，分為兩大類兩種情況加以分析:a、矩形障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置山、矩形障礙物占據(jù)了初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)分布算法，其特征是，在矩形障礙物沒有占據(jù)初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置情形下，按照以下情況進(jìn)行分析:al、該障礙物不與集合A中的傳感器節(jié)點(diǎn)豎直圓心連線相交，a2、該障礙物與I條任意的集合A中的傳感器節(jié)點(diǎn)豎直圓心連線相交，a3、該障礙物與2條或2條以上任意兩圓的豎直圓心連線相交；而在一個(gè)矩形障礙物占據(jù)了集合A中的初始最優(yōu)傳感器節(jié)點(diǎn)分布的位置情形下，則可以按照以下情形進(jìn)行分析:bl、在集合A中的一個(gè)傳感器覆蓋范圍內(nèi)有該障礙物的頂點(diǎn)，且該覆蓋圓的圓心位置沒有被障礙物占據(jù)山2、在集合A中的一個(gè)傳感器的覆蓋范圍內(nèi)該障礙物占據(jù)了此傳感器節(jié)點(diǎn)位置，同時(shí)該覆蓋范圍內(nèi)有障礙物邊界與水平圓心連線或豎直圓心連心的交點(diǎn)山3、集合A中的一個(gè)傳感器覆蓋范圍內(nèi)沒有障礙物頂點(diǎn)以及障礙物與水平圓心連線或豎直圓心連心的交點(diǎn)。
【文檔編號】H04W16/26GK103546897SQ201210244960
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】高憲武, 李廣省, 周文, 李冠魁 申請人:山東太平洋光纜有限公司