本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法以及裝置。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量具備感知、信息處理及無線通信能力的傳感器節(jié)點組成，低成本、擴展性、可靠性、準確性及部署的便易性使其被廣泛應用于不同領(lǐng)域中。由于傳感器節(jié)點以電池供電為主，其能量具有一定的局限性，如何在有效的能量中提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能，在較為復雜的傳輸環(huán)境中，適應應用場景的多樣性變化是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)亟待解決的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最主要的任務(wù)就是監(jiān)測物理環(huán)境，并將節(jié)點感知的信息轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)內(nèi)其它節(jié)點。連通性覆蓋是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個重要問題，其所解決的是如何保證監(jiān)測區(qū)域中所有節(jié)點形成的監(jiān)測范圍可以滿足應用需求。同時，任何一個節(jié)點都可以將其感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)內(nèi)其它節(jié)點，而不會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分隔。目前，網(wǎng)絡(luò)連通性覆蓋研究的工作大多依賴于外部基礎(chǔ)設(shè)施或者一些定位機制等，使每個傳感器節(jié)點獲得其物理位置。然而，Stojmenovic通過實驗表明，在傳感器節(jié)點中嵌入GPS或有向天線等，不僅成本相對較高，而且需要消耗大量的能量。同時，存在一些準確定位的問題。因此，需要解決在沒有節(jié)點位置信息的情況下，如何能夠有效地解決網(wǎng)絡(luò)連通性覆蓋的問題。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究中，根據(jù)節(jié)點的地理位置信息計算覆蓋信息，但是，地理位置信息的獲得依賴于外部基礎(chǔ)設(shè)施，極大地增加了節(jié)點的硬件成本和能量消耗。在沒有精確位置信息的情況下，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的覆蓋關(guān)系進行計算，由于計算精度存在一定誤差，導致網(wǎng)絡(luò)部分區(qū)域可能會形成覆蓋盲區(qū)，使得網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測信息不準確。Liu C等人將傳感器節(jié)點隨機劃分為k個子集，每個子集中的傳感器節(jié)點周期性地執(zhí)行感知任務(wù)，但是存在由于子集分配的隨機性導致覆蓋率優(yōu)劣不可預知。由于應用場景的不同，故對網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求也會有所不同，只要網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域維持一個合理的覆蓋率就可以滿足應用需求，故覆蓋率可以作為衡量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的指標之一。

網(wǎng)絡(luò)研究中提出了許多構(gòu)建連通支配集算法，用于選擇骨干節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。當節(jié)點感知范圍等于通信范圍時，節(jié)點可以覆蓋網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點，即節(jié)點覆蓋，同時也保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。雖然文獻認為在節(jié)點部署密度很大時，通過構(gòu)建CDS得到的節(jié)點覆蓋可以近似于區(qū)域覆蓋，但是，節(jié)點覆蓋并不等于區(qū)域覆蓋。對于網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的研究，S等人提出了集中式的算法計算最大覆蓋集，不具有良好的可擴展性，而且算法依賴節(jié)點的位置信息。C等人利用線性規(guī)劃方法在監(jiān)測區(qū)域中優(yōu)化節(jié)點部署，以達到完全覆蓋的目標。Tian等人提出了免職合格規(guī)則(off-duty eligibility rule)，根據(jù)節(jié)點的位置或信號達到角度計算節(jié)點間的覆蓋關(guān)系。由于算法沒有考慮節(jié)點覆蓋區(qū)域可能出現(xiàn)過多的重疊，導致工作節(jié)點數(shù)量過多，造成額外的能耗。在概率感知模型下，如何準確地發(fā)現(xiàn)覆蓋空洞并及時修補仍然是一個需要進一步研究的問題?，F(xiàn)有概率模型下的研究也只是從連通集的角度提高目標覆蓋，提高事件感知率。在概率覆蓋問題上，Vibhav等人采用概率感知模型研究數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)生命周期。陸漢城等人對概率感知模型下的事件檢測概率進行了分析研究。Tan等人指出，概率感知模型比0-1模型能夠更有效地改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，0-1模型僅適用于信噪比較高的情形，而概率感知模型借助于數(shù)據(jù)融合，能夠適用信噪比較低的情形。

發(fā)明專利“一種基于改進粒子群優(yōu)化的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法”(公開號：CN105515629A)該發(fā)明設(shè)置候選天線傾角集合和天線傾角調(diào)整尺度；計算當前天線傾角集合對應的系統(tǒng)效用，即負載約束下系統(tǒng)覆蓋的用戶數(shù)；判斷是否滿足負載約束，重新初始化不滿足負載約束的天線傾角集合；記錄自身及全局最優(yōu)天線傾角集合；更新候選天線傾角集合和天線傾角調(diào)整尺度；設(shè)置各天線傾角。該方法通過將天線傾角與改進粒子群優(yōu)化中的粒子位置相聯(lián)系，利用改進粒子群優(yōu)化基站(eNB)的天線傾角，在保證網(wǎng)絡(luò)負載約束的同時，獲得網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的極大提升。發(fā)明專利“一種分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞識別方法”(公開號：CN105072631A)在邊界節(jié)點集中以一個點為起始點在其1跳或2跳鄰居節(jié)點中檢索符合絕對角要求的后繼，若搜索不到符合要求的后繼則改變方向繼續(xù)檢索，在此過程中若后繼為2跳鄰居則插入最近公共1跳鄰居，重復以上過程直到邊界節(jié)點集為空，得到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋空洞，解決了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中覆蓋空洞識別精度低，能耗要求高的技術(shù)難題，將覆蓋空洞的識別問題轉(zhuǎn)化為環(huán)繞其的邊界節(jié)點識別和聚類問題，有效降低了算法復雜度，減少了運行時間和覆蓋空洞識別過程中節(jié)點間的通信與能量消耗，提高了識別精度。

隨著無線信息技術(shù)的不斷進展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應用于各領(lǐng)域中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能是衡量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的一項重要指標，直接影響著整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。對傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的研究大部分基于傳統(tǒng)的全向感知模型，但在實際中，傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能會受到多種因素的影響，例如，由于很多應用環(huán)境較為復雜，網(wǎng)絡(luò)的初始部署大都采用拋灑、投擲、噴射等隨機部署策略，導致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的分布具有很大的隨機性，易造成節(jié)點分布不均；再加上有向傳感節(jié)點的感知方向隨機分布，感知范圍有限，這樣就更加容易形成感知區(qū)域的覆蓋空洞和覆蓋重疊，這些都會影響網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。另外，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量較多的情況下，網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的影響因素多且關(guān)系復雜，難以優(yōu)化。以上研究中，僅僅從網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的角度考慮，并未考慮到無線信號的不規(guī)則性對網(wǎng)絡(luò)覆蓋率及網(wǎng)絡(luò)連通性帶來的影響。對于大部分感知信號來說,當無線信號在傳輸?shù)倪^程中若遇見障礙物，則會使得接收信號功率發(fā)生變化，存在信號遮擋或損耗等的現(xiàn)象，同時還可能使得網(wǎng)內(nèi)節(jié)點不同方向的接收信號存在一定的差異性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳播過程中具有不規(guī)則性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法，通過將能量作為主要的因素加以考慮，基于信號的不規(guī)則性和網(wǎng)內(nèi)節(jié)點感知范圍的不規(guī)則性，針對網(wǎng)內(nèi)覆蓋連通性等特點進行覆蓋修復，從而達到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)了延長網(wǎng)絡(luò)有效壽命的目的。

依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法，所述方法包括：

基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集；

根據(jù)所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集；

基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

可選地，所述基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集，包括：

計算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑；

根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑確定所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域，并將所述不規(guī)則感知區(qū)域近似為多邊形區(qū)域；

對所述多邊形區(qū)域進行模糊最小處理，形成多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域；

將位于每個最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點存放至第一覆蓋節(jié)點集；

對所述不規(guī)則感知區(qū)域進行離散化，把不屬于所述不規(guī)則感知區(qū)域的部分區(qū)域及非覆蓋任務(wù)區(qū)域標記為覆蓋冗余區(qū)，并將對應的最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點從所述第一覆蓋節(jié)點集中剔除形成第二覆蓋節(jié)點集；

對所述多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域中的最小綁定不規(guī)則區(qū)域進行調(diào)整，保證對所述不規(guī)則感知區(qū)域全覆蓋，從而根據(jù)所述第二覆蓋節(jié)點集得到最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

可選地，所述計算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑，包括：

根據(jù)以下公式一計算得到所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的節(jié)點感知半徑：

r_i＝ιηΘ(α,d(i,j)) 公式一

根據(jù)以下公式二計算得到所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)：

其中，d(i,j)表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j之間的距離，α表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j的連線與水平方向的夾角，Θ(α,d(i,j))表示α角度范圍內(nèi)的感知半徑函數(shù)，η表示信號衰落因子，ι表示傳播損耗比值，r_i表示傳感器節(jié)點i的節(jié)點感知半徑，A表示所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定的覆蓋率，p表示所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)任意傳感器節(jié)點至少被1個傳感器節(jié)點感知覆蓋的概率，m表示任意傳感器節(jié)點的感知區(qū)域被鄰居節(jié)點覆蓋的覆蓋率不下于A時所需的最少鄰居節(jié)點數(shù)。

可選地，所述方法還包括：

根據(jù)傳感器節(jié)點和鄰居節(jié)點的坐標位置計算得到傳感器節(jié)點與每個鄰居節(jié)點的距離；

判斷所述距離是否小于預設(shè)的距離閾值；

若是，則判定所述傳感器節(jié)點為冗余節(jié)點；或

根據(jù)傳感器節(jié)點和鄰居節(jié)點的坐標位置計算得到傳感器節(jié)點被鄰居節(jié)點覆蓋的概率；

判斷所述概率是否大于預設(shè)閾值；

若是，則判定所述傳感器節(jié)點為冗余節(jié)點。

可選地，所述方法還包括：

在最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置不存在傳感器節(jié)點的情況下，根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的感測概率和鄰居節(jié)點到所述幾何中心點位置的距離確定存放至所述第一覆蓋節(jié)點集的傳感器節(jié)點。

可選地，所述方法還包括：

所述第一覆蓋節(jié)點集中傳感器節(jié)點向?qū)泥従庸?jié)點發(fā)送消息，獲取所述鄰居節(jié)點和自身的剩余能量值，并依據(jù)公平性原則選取剩余能量最多的傳感器節(jié)點。

可選地，所述根據(jù)所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集，包括：

以所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中的任意傳感器節(jié)點為中心，并以所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知有效邊界為界限，從不同方向向鄰居節(jié)點發(fā)送自身信息，確定所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點連通域；

根據(jù)所述鄰居節(jié)點連通域與所述任意傳感器節(jié)點的的感知區(qū)域獲得所述鄰居節(jié)點連通域與所述任意傳感器節(jié)點的的感知區(qū)域的覆蓋度；

將所述覆蓋度轉(zhuǎn)化為不規(guī)則邊界和子覆蓋域帶權(quán)連通圖；

若所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖域的覆蓋度不小于預設(shè)的覆蓋度閾值，則將所述任意傳感器節(jié)點和所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖定點加入連通覆蓋集；

若所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖域的覆蓋度小于預設(shè)的覆蓋度閾值，則將所述任意傳感器節(jié)點加入所述連通覆蓋集；

遍歷所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中的所有傳感器節(jié)點，得到所有的連通覆蓋集，根據(jù)所有的連通覆蓋集建立得到互不重疊的最小連通覆蓋集。

可選地，所述基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，包括：

獲取所述覆蓋盲區(qū)的權(quán)重因子集和所述覆蓋冗余區(qū)的權(quán)重因子集；

在修復區(qū)域為所述覆蓋盲區(qū)的情況下，根據(jù)所述覆蓋盲區(qū)的權(quán)重因子集選取覆蓋盲區(qū)Di，

在所述最小連通覆蓋集中選取距離所述Di的近似中心傳感器節(jié)點H最近的傳感器節(jié)點Ki，

以傳感器節(jié)點Ki為參考點，在所述最小連通覆蓋集中選取距離傳感器節(jié)點Ki最近的傳感器節(jié)點Kj，從而傳感器節(jié)點Ki、Kj和近似中心傳感器節(jié)點H構(gòu)成所述Di的最小覆蓋角

若則Ki為所述Di的修復節(jié)點，若以的角平分線Li為界，從所述最小連通覆蓋集中選取到角平分線Li最近的傳感器節(jié)點Km，傳感器節(jié)點Ki和Km為所述Di的修復節(jié)點；若對進行對分，以α₀為劃分臨值，直至其劃分的角小于或等于α₀，并選取到相應的角平分線上的最近傳感器節(jié)點，從而確定所述Di的修復節(jié)點；

在修復區(qū)域為所述覆蓋冗余區(qū)的情況下，根據(jù)所述覆蓋冗余區(qū)的權(quán)重因子集選取覆蓋冗余區(qū)Bi，

通過對所述Bi的面積最小值進行分析，利用所述Bi內(nèi)多個連通節(jié)點的平衡性，求得傳感器節(jié)點的感知半徑近似最優(yōu)解，

基于已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連通性，結(jié)合感知區(qū)域的不規(guī)則性，通過感知半徑近似最優(yōu)解進行調(diào)整來對所述Bi進行最小化修復。

依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強裝置，所述裝置包括：

獲取單元，用于基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集；

構(gòu)建單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集；

修復單元，用于基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

可選地，所述獲取單元，具體用于：

計算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑；

根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑確定所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域，并將所述不規(guī)則感知區(qū)域近似為多邊形區(qū)域；

對所述多邊形區(qū)域進行模糊最小處理，形成多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域；

將位于每個最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點存放至第一覆蓋節(jié)點集；

對所述不規(guī)則感知區(qū)域進行離散化，把不屬于所述不規(guī)則感知區(qū)域的部分區(qū)域及非覆蓋任務(wù)區(qū)域標記為覆蓋冗余區(qū)，并將對應的最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點從所述第一覆蓋節(jié)點集中剔除形成第二覆蓋節(jié)點集；

對所述多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域中的最小綁定不規(guī)則區(qū)域進行調(diào)整，保證對所述不規(guī)則感知區(qū)域全覆蓋，從而根據(jù)所述第二覆蓋節(jié)點集得到最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

通過上述技術(shù)方案，基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集；并根據(jù)最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集；以及基于最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能，從而達到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)了延長網(wǎng)絡(luò)有效壽命的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明一實施例提供的傳感器節(jié)點不規(guī)則感知區(qū)域的示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例提供的最優(yōu)節(jié)點選取的示意圖；

圖5是本發(fā)明一實施例提供的覆蓋連通節(jié)點選取的示意圖；

圖6是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是為了達到某種監(jiān)測目的，網(wǎng)絡(luò)能在盡量長的時間內(nèi)完成特定的監(jiān)測任務(wù)。由于單個節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單、能量有限，常因環(huán)境干擾、能量耗盡等原因而失效，對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測信息的準確性、完整性和時效性造成直接影響，甚至導致網(wǎng)絡(luò)崩潰不能繼續(xù)滿足應用需求。在傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署算法的研究中,節(jié)點部署在開放的理想條件下進行的,常常把節(jié)點的感測范圍抽象成圓,即節(jié)點的各個方向的感測半徑是相等的。但在環(huán)境較為惡劣的應用中，如森林火災監(jiān)測、戰(zhàn)場態(tài)勢偵察等。在這些場合中，人工不便到達、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，節(jié)點常采用隨機部署的方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不規(guī)則，網(wǎng)內(nèi)信號易受環(huán)境及實體遮擋，使得節(jié)點感知范圍呈現(xiàn)不規(guī)則態(tài)，同時容易出現(xiàn)監(jiān)測盲區(qū)。對于大部分感知信號來說,當無線信號在傳輸?shù)倪^程中若遇見障礙物，則會使得接收信號功率發(fā)生變化，存在信號遮擋或損耗等的現(xiàn)象，同時還可能使得網(wǎng)內(nèi)節(jié)點不同方向的接收信號存在一定的差異性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳播過程中具有不規(guī)則性?；诖耍景l(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法。

圖1是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法包括：

在步驟S101中，基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

具體地，該步驟包括：計算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑；根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑確定所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域，并將所述不規(guī)則感知區(qū)域近似為多邊形區(qū)域；對所述多邊形區(qū)域進行模糊最小處理，形成多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域；將位于每個最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點存放至第一覆蓋節(jié)點集；對所述不規(guī)則感知區(qū)域進行離散化，把不屬于所述不規(guī)則感知區(qū)域的部分區(qū)域及非覆蓋任務(wù)區(qū)域標記為覆蓋冗余區(qū)，并將對應的最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點從所述第一覆蓋節(jié)點集中剔除形成第二覆蓋節(jié)點集；對所述多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域中的最小綁定不規(guī)則區(qū)域進行調(diào)整，保證對所述不規(guī)則感知區(qū)域全覆蓋，從而根據(jù)所述第二覆蓋節(jié)點集得到最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

其中，所述計算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑，包括：

根據(jù)以下公式一計算得到所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的節(jié)點感知半徑：

r_i＝ιηΘ(α,d(i,j)) 公式一

根據(jù)以下公式二計算得到所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)：

其中，d(i,j)表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j之間的距離，α表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j的連線與水平方向的夾角，Θ(α,d(i,j))表示α角度范圍內(nèi)的感知半徑函數(shù)，η表示信號衰落因子，ι表示傳播損耗比值，r_i表示傳感器節(jié)點i的節(jié)點感知半徑，A表示所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定的覆蓋率，p表示所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)任意傳感器節(jié)點至少被1個傳感器節(jié)點感知覆蓋的概率，m表示任意傳感器節(jié)點的感知區(qū)域被鄰居節(jié)點覆蓋的覆蓋率不下于A時所需的最少鄰居節(jié)點數(shù)。

優(yōu)選地，所述方法還包括：根據(jù)傳感器節(jié)點和鄰居節(jié)點的坐標位置計算得到傳感器節(jié)點與每個鄰居節(jié)點的距離；判斷所述距離是否小于預設(shè)的距離閾值；若是，則判定所述傳感器節(jié)點為冗余節(jié)點；或根據(jù)傳感器節(jié)點和鄰居節(jié)點的坐標位置計算得到傳感器節(jié)點被鄰居節(jié)點覆蓋的概率；判斷所述概率是否大于預設(shè)閾值；若是，則判定所述傳感器節(jié)點為冗余節(jié)點。

可選地，所述方法還包括：在最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置不存在傳感器節(jié)點的情況下，根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的感測概率和鄰居節(jié)點到所述幾何中心點位置的距離確定存放至所述第一覆蓋節(jié)點集的傳感器節(jié)點。

可選地，所述方法還包括：所述第一覆蓋節(jié)點集中傳感器節(jié)點向?qū)泥従庸?jié)點發(fā)送消息，獲取所述鄰居節(jié)點和自身的剩余能量值，并依據(jù)公平性原則選取剩余能量最多的傳感器節(jié)點。

接著，在步驟S102中，根據(jù)所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集。

具體地，該步驟包括：以所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中的任意傳感器節(jié)點為中心，并以所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知有效邊界為界限，從不同方向向鄰居節(jié)點發(fā)送自身信息，確定所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點連通域；根據(jù)所述鄰居節(jié)點連通域與所述任意傳感器節(jié)點的的感知區(qū)域獲得所述鄰居節(jié)點連通域與所述任意傳感器節(jié)點的的感知區(qū)域的覆蓋度；將所述覆蓋度轉(zhuǎn)化為不規(guī)則邊界和子覆蓋域帶權(quán)連通圖；若所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖域的覆蓋度不小于預設(shè)的覆蓋度閾值，則將所述任意傳感器節(jié)點和所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖定點加入連通覆蓋集；若所述任意傳感器節(jié)點的連通子圖域的覆蓋度小于預設(shè)的覆蓋度閾值，則將所述任意傳感器節(jié)點加入所述連通覆蓋集；遍歷所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中的所有傳感器節(jié)點，得到所有的連通覆蓋集，根據(jù)所有的連通覆蓋集建立得到互不重疊的最小連通覆蓋集。

最后，在步驟S103中，基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

其中，所述基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，包括：獲取所述覆蓋盲區(qū)的權(quán)重因子集和所述覆蓋冗余區(qū)的權(quán)重因子集；在修復區(qū)域為所述覆蓋盲區(qū)的情況下，根據(jù)所述覆蓋盲區(qū)的權(quán)重因子集選取覆蓋盲區(qū)Di，在所述最小連通覆蓋集中選取距離所述Di的近似中心傳感器節(jié)點H最近的傳感器節(jié)點Ki，以傳感器節(jié)點Ki為參考點，在所述最小連通覆蓋集中選取距離傳感器節(jié)點Ki最近的傳感器節(jié)點Kj，從而傳感器節(jié)點Ki、Kj和近似中心傳感器節(jié)點H構(gòu)成所述Di的最小覆蓋角若則Ki為所述Di的修復節(jié)點，若以的角平分線Li為界，從所述最小連通覆蓋集中選取到角平分線Li最近的傳感器節(jié)點Km，傳感器節(jié)點Ki和Km為所述Di的修復節(jié)點；若對進行對分，以α₀為劃分臨值，直至其劃分的角小于或等于α₀，并選取到相應的角平分線上的最近傳感器節(jié)點，從而確定所述Di的修復節(jié)點；在修復區(qū)域為所述覆蓋冗余區(qū)的情況下，根據(jù)所述覆蓋冗余區(qū)的權(quán)重因子集選取覆蓋冗余區(qū)Bi，通過對所述Bi的面積最小值進行分析，利用所述Bi內(nèi)多個連通節(jié)點的平衡性，求得傳感器節(jié)點的感知半徑近似最優(yōu)解，基于已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連通性，結(jié)合感知區(qū)域的不規(guī)則性，通過感知半徑近似最優(yōu)解進行調(diào)整來對所述Bi進行最小化修復。

圖2是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法包括：

在步驟S201中，提取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域的半徑。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋率和監(jiān)測區(qū)域內(nèi)節(jié)點感知范圍有緊密相關(guān)性，在無線信號傳輸?shù)倪^程中，信號強度會隨著信號傳輸距離的增大而減小。但是，在信號傳輸過程中其遮擋性使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感知范圍呈現(xiàn)一定的不規(guī)則性。理想情況下，傳播損耗比例隨著信號傳輸距離的增加而增高：

$\mathrm{\ι}=\frac{p_s}{p_r}={\left(\frac{4\mathrm{\π}fd}{c^2}\right)}^2---\left(1\right)$

其中，ι表示傳播損耗比值，p_s表示發(fā)射功率，p_r表示接收功率，f表示無線信號的頻率，c表示光速，d表示發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離。若傳感器節(jié)點i的感知區(qū)域為E，其鄰居點集為G，取E內(nèi)任意一點a，點a被G中某一傳感器節(jié)點j感知的概率為P_ij，?？紤]到信號在傳輸過程中存在路徑損耗，陰影衰落等一系列的問題，導致節(jié)點感知區(qū)域具有不規(guī)則性，節(jié)點感知半徑是確定感知區(qū)域及網(wǎng)內(nèi)覆蓋域的關(guān)鍵因子之一，如圖3所示節(jié)點不同方向的感知半徑隨角度而發(fā)生變化。傳感器節(jié)點i的感知半徑r_i為：

r_i＝ιηΘ(α,d(i,j)) (2)

其中，d(i,j)表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j之間的距離，α表示傳感器節(jié)點i和傳感器節(jié)點j的連線與水平方向的夾角，Θ(α,d(i,j))表示α角度范圍內(nèi)的感知半徑函數(shù)，η表示信號衰落因子，ι表示傳播損耗比值，r_i表示傳感器節(jié)點i的節(jié)點感知半徑。

在步驟S202中，對傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域的邊界區(qū)域進行分析。

當某一監(jiān)測區(qū)域內(nèi)存在K個傳感器節(jié)點進行監(jiān)測時，一個傳感器節(jié)點的覆蓋概率定義為一個傳感器節(jié)點被K個傳感器節(jié)點中的至少一個節(jié)點監(jiān)測到的概率：

$\mathrm{\Ψ}(p,k)=1-\underset{k=1}{\Π}\[1-\mathrm{\Γ}(p,s_k)\]---\left(3\right)$

其中，p表示無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意一傳感器節(jié)點，s_k(k＝1...K)表示距離傳感器節(jié)點p最近的K個網(wǎng)內(nèi)節(jié)點，Γ(p,s_k)表示傳感器節(jié)點s_k對傳感器節(jié)點p的感知概率。假設(shè)在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，取任意點，若該點能被其周圍的某一傳感器節(jié)點感知，則該區(qū)域點為有效感知區(qū)域點，同時說明該點能夠被正確接收無線信號。在節(jié)點感知過程中，設(shè)w_κ為路徑損耗強度閥值，若節(jié)點間路徑損耗強度低于w_κ，則說明該點不能被傳感器節(jié)點所感知，無法有效傳輸無線信號，該點所在位置為無效節(jié)點位置，即監(jiān)測遺漏盲點。預確定監(jiān)測區(qū)域內(nèi)任意傳感器節(jié)點b的有效感知區(qū)域，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域任意傳感器節(jié)點c在傳感器b的有效感知概率為p(b)，任意多個傳感器節(jié)點c構(gòu)成b的有效感知區(qū)域，由于有效感知區(qū)域并非理想狀態(tài)下規(guī)整的圓形，有效感知區(qū)域的面積S為：

其中，p(r)為傳感器節(jié)點的非規(guī)則感知圓的函數(shù)表示，r₀表示傳感器節(jié)點的最大感知半徑，r表示傳感器節(jié)點的感知半徑，Φ表示衰減因子，表示兩個傳感器節(jié)點之間的連線與水平坐標的夾角。影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋性的主要因素有路徑損耗W、節(jié)點的感知概率P_ij，、有效感知區(qū)域的面積S及節(jié)點的剩余能量Q等因素，如圖4所示。

在步驟S203中，獲取最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

針對不規(guī)則區(qū)域的覆蓋問題，對覆蓋目標區(qū)域的鎖定是執(zhí)行覆蓋任務(wù)的首要步驟，區(qū)域鎖定的好壞直接影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。面對復雜"不規(guī)則目標區(qū)域邊界情況確定，首先計算網(wǎng)內(nèi)任意節(jié)點鄰居節(jié)點數(shù)并依據(jù)節(jié)點感知半徑，確定節(jié)點不規(guī)則感知域面積，將該面積區(qū)域近似為多邊形區(qū)域；其次，將構(gòu)建的近似目標區(qū)域進行模糊最小處理形成若干最小綁定不規(guī)則區(qū)域；位于最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的節(jié)點放于覆蓋節(jié)點集B中；最后，對目標區(qū)域進行離散化，把不屬于目標區(qū)域部分及非覆蓋任務(wù)區(qū)標記覆蓋冗余區(qū)，并將對應的最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的節(jié)點從節(jié)點B中剔除形成次優(yōu)覆蓋集B`；由于某些覆蓋目標區(qū)域中心點不在多邊形內(nèi)部，為保證對目標區(qū)域全覆蓋，需對覆蓋最小區(qū)域進行調(diào)整，形成最優(yōu)覆蓋集C。

覆蓋集近似最優(yōu),近似最小覆蓋集依據(jù)下面三個原則選?。?/p>

(1)位置最佳原則。

判斷位于最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點及相鄰節(jié)點最佳位置，需依據(jù)幾何中心點到相鄰節(jié)點間歐式距離，確定可選節(jié)點范圍。當恰好有節(jié)點位于幾何中心點處，則幾何中心點為最佳位置點；若幾何中心點處不存在覆蓋點，則依據(jù)節(jié)點間感測概率大小pi及幾何中心點S0到相鄰節(jié)點Si間歐式距離d(Si，S0)關(guān)系，確定最佳位置點，當d(Si，S0)<d0且pi<p0時，即節(jié)點間感測概率小于指定感測閥值同時在有效感測距離內(nèi)，則該點位置最佳。

(2)能量優(yōu)先原則。節(jié)點集B中節(jié)點向其鄰居節(jié)點發(fā)送消息，并獲取其鄰居節(jié)點和自身剩余能量值，依據(jù)公平性原則選取剩余能量最多的節(jié)點,為了防止網(wǎng)內(nèi)節(jié)點由于任務(wù)不均，使得節(jié)點剩余能量具有一定差異性，影響網(wǎng)絡(luò)連通性及覆蓋質(zhì)量，B中任意節(jié)點Si均滿足即Q₀為節(jié)點能量閥值，Q′_j為節(jié)點Si的第j個鄰居節(jié)點的剩余能量，Q_i為節(jié)點Si的剩余能量。

(3)節(jié)點數(shù)最小原則。每個節(jié)點在都有自己的能量閾值Ei及感知范圍閾值Qi，為了防止出現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點任務(wù)不均，影響網(wǎng)絡(luò)連通性及覆蓋質(zhì)量，若傳感器節(jié)點數(shù)n及網(wǎng)內(nèi)覆蓋率之間的權(quán)衡權(quán)值分別為ε1，ε2。設(shè)k個傳感器節(jié)點有效覆蓋率權(quán)衡權(quán)值為δ_k。δ_k越大，表明網(wǎng)絡(luò)部署更偏重對監(jiān)測對象ok的覆蓋性能。設(shè)監(jiān)測對象ok的子網(wǎng)壽命權(quán)值為η_k。η_k越大，表明監(jiān)測對象ok的傳感器子網(wǎng)越重要，相應平均子網(wǎng)壽命優(yōu)先保證(所有權(quán)值>0)。面積覆蓋率函數(shù)為：

$\mathrm{\&Phi;}\left(k\right)=1-e^{\frac{{\mathrm{\&pi;r}}_k^2}{M}{\mathrm{\&gamma;}}_k}---\left(5\right)$

已知覆蓋區(qū)面積為M，傳感器節(jié)點的感知半徑為r_k，γ_k表示所需要的傳感器節(jié)點的數(shù)量，可知在給定監(jiān)測面積中至少需要節(jié)點數(shù)為：

$k\&gt;\frac{\left|\right|M\left|\right|ln(1-\mathrm{\&Phi;}(k\left)\right)}{{\mathrm{\&pi;r}}_k^2}---\left(6\right)$

采用加權(quán)和法將多目標轉(zhuǎn)化為單目標，變?yōu)槌Ｒ?guī)整數(shù)規(guī)劃問題求解。同理，考慮在單個節(jié)點i中，其感知區(qū)域的任意一點至少被節(jié)點i的m個鄰居節(jié)點中的1個覆蓋的概率Ek也滿足，此時式中p的大小應為節(jié)點i的感知重疊面積占節(jié)點i感知總面積的比值H的期望值。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)指定的覆蓋率為A，則節(jié)點i的感知區(qū)域被鄰居節(jié)點覆蓋的覆蓋率不小于A時，所需的鄰居節(jié)點數(shù)應滿足：

E_k>A (7)

求解E_k大于A的值可得：

$m\&gt;\frac{ln(1-A)}{\ln (1-p)}---\left(8\right)$

由于節(jié)點i的感知重疊面積占節(jié)點i感知總面積的比值H是1個關(guān)于鄰居節(jié)點距離r的函數(shù)。故若想求p的值只需知道兩個節(jié)點之間的距離即可。r的期望值為:

$E\left(r\right)={\&Integral;}_0^{2r}x\frac{1}{2r}dx=r---\left(9\right)$

將E(r)代入式求解H的值，也即p的值。將p的值代入式即可算出節(jié)點i的感知區(qū)域被鄰居節(jié)點覆蓋的覆蓋率不小于A時，所需的最少鄰居節(jié)點數(shù)m。

結(jié)合鄰居節(jié)點數(shù)，按區(qū)域逼近方法將目標區(qū)域逼近為若干多邊形區(qū)域，并采用求解多邊形區(qū)域的最小值，并對其進行寬度求解，得出區(qū)域最小面積外接圓，將目標區(qū)域坐標進行轉(zhuǎn)換，得到最小區(qū)域圓。最后，對目標區(qū)域進行離散化，將區(qū)域離散化為網(wǎng)格，選取每個單元區(qū)域的幾何中心點劃的節(jié)點，把區(qū)域內(nèi)不屬于目標區(qū)域部分及非覆蓋區(qū)對應幾何中心從節(jié)點中剔除；由于某些網(wǎng)格幾何中心不在多邊形內(nèi)部，為保證對目標區(qū)域全覆蓋，需結(jié)合最小區(qū)域圓對整體坐標平移將遺覆蓋盲區(qū)添加進入目標網(wǎng)格中。對網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進行優(yōu)化。

判斷其與每個感知鄰居節(jié)點的距離d，只要有一個節(jié)點與節(jié)點i的距離小于距離閾值F，則判定節(jié)點i為冗余節(jié)點，例如節(jié)點j為節(jié)點i的感知鄰居，兩個節(jié)點間的距離d小于r，則當兩個節(jié)點間的距離很近時，節(jié)點大部分感知區(qū)域被感知節(jié)點覆蓋，可以將節(jié)點i休眠；節(jié)點根據(jù)各個感知鄰居節(jié)點的位置計算被覆蓋率p，若超過指定閾值p₀，判定節(jié)點為冗余節(jié)點，若節(jié)點i有3個感知鄰居節(jié)點a，b，c，雖然3個感知鄰居節(jié)點與節(jié)點i之間的距離均不小于指定的距離閾值F，但是節(jié)點i的感知區(qū)域已完全被其感知鄰居節(jié)點覆蓋，節(jié)點i為冗余節(jié)點；節(jié)點計算感知區(qū)域被鄰居節(jié)點覆蓋的覆蓋率不小于指定值時所需的最少鄰居節(jié)點數(shù)m，若節(jié)點感知鄰居和通信鄰居的總和大于m，則節(jié)點進入休眠狀態(tài)。

在步驟S204中，獲取最小連通覆蓋集。

網(wǎng)絡(luò)連通性是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素之一，考慮到網(wǎng)內(nèi)覆蓋性與連通性具有一定的相關(guān)性，通過構(gòu)建網(wǎng)內(nèi)連通覆蓋集來使得網(wǎng)絡(luò)覆蓋性和連通性達到一定的均衡，對網(wǎng)絡(luò)整體性能得以優(yōu)化。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋集節(jié)點可以保證網(wǎng)內(nèi)覆蓋性能較好，但其節(jié)點間不一定具連通性。假設(shè)在監(jiān)控區(qū)域中隨機部署N個傳感器節(jié)點，基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法，獲取網(wǎng)內(nèi)最優(yōu)覆蓋集C，依據(jù)網(wǎng)內(nèi)最優(yōu)覆蓋集C內(nèi)各節(jié)點的屬性及感知不規(guī)則性，構(gòu)建網(wǎng)內(nèi)最小連通覆蓋集D，即用較少的節(jié)點在滿足網(wǎng)內(nèi)覆蓋要求的同時也保持較好的網(wǎng)絡(luò)連通性。

在最優(yōu)覆蓋集C中任取一點i∈C，其中i的鄰居節(jié)點集合M，從M中任意取一點j，且i≠j，依據(jù)網(wǎng)內(nèi)鄰居節(jié)點間距離和不規(guī)則感知范圍的關(guān)系因子其中Rs表示傳感器節(jié)點的覆蓋半徑，以i為中心，其不規(guī)則感知有效邊界為界限，從不同方向向其鄰居節(jié)點發(fā)送自身信息，如半徑，節(jié)點能量，鄰居節(jié)點個數(shù)等，確定i的鄰居節(jié)點連通域Ωi，以此類推，遍歷覆蓋集C中所有節(jié)點的鄰居節(jié)點連通域即Ω。取覆蓋集C內(nèi)任意節(jié)點i，獲取鄰居節(jié)點連通域Ω與其自身感知區(qū)域的覆蓋度，將其轉(zhuǎn)化為不規(guī)則邊界及子覆蓋域帶權(quán)連通圖V，若V(i)連通子圖域其覆蓋度不小于覆蓋度閥值，則將i及其連通子圖定點Vj加入連通覆蓋集Y中，反之，則僅將i加入連通覆蓋集Y中，循環(huán)重構(gòu)連通覆蓋集E_m次，直至遍歷覆蓋集C中所有點，最終建立互不重疊的最小連通覆蓋集D且如圖5所示。

在步驟S205中，對覆蓋盲區(qū)進行分析。

網(wǎng)絡(luò)運行過程中保持一定的連通性，但網(wǎng)內(nèi)仍存在覆蓋盲區(qū)及覆蓋冗余區(qū)，故需在保持較好的網(wǎng)絡(luò)連通性的前提條件下，在網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性間尋求一種博弈均衡性，對網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)和冗余區(qū)進行修復。覆蓋修復需遵循優(yōu)先原則即在不影響網(wǎng)絡(luò)連通性的條件下，以盲區(qū)面積及新增節(jié)點數(shù)為優(yōu)先考慮因子。在區(qū)域X內(nèi)構(gòu)建無線自組織網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點的感知半徑可根據(jù)子節(jié)點剩余電量進行調(diào)節(jié)，其初始能量為Q，本發(fā)明期望在區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性間保持一定的均衡性，使得覆蓋面積滿足覆蓋要求且具較好的連通性其中為連通函數(shù)，Cov0表示保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常工作的基本覆蓋度，covi表示某傳感器節(jié)點i的位置被其鄰居節(jié)點感知覆蓋的概率，d₀表示自由空間衰減下的連通距離。

在步驟S206中，基于連通性對覆蓋區(qū)域進行修復。

基于最小連通覆蓋集，網(wǎng)絡(luò)連通性得以保證，但是隨著網(wǎng)絡(luò)運行時間的進行，基于連通性的前提下，網(wǎng)內(nèi)存在覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)，故需要對此類覆蓋區(qū)域進行基于連通性的修正，提高整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。

步驟一：對目標區(qū)域面積進行近似值逼近，該目標區(qū)域分為覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)，若該區(qū)域為覆蓋盲區(qū)，獲取其面積邊界區(qū)域，并求的Ai的近似面積值M，根據(jù)區(qū)域權(quán)重函數(shù)得到該區(qū)域的權(quán)重因子即其中為該區(qū)域中心節(jié)點與其鄰居節(jié)點連通度，依次類推獲取監(jiān)測域內(nèi)覆蓋盲區(qū)權(quán)重因子集θ；同理，獲取冗余區(qū)域權(quán)重因子集ρ。

步驟二：若修復區(qū)域為覆蓋盲區(qū)Ai，其不規(guī)則邊界區(qū)域以H為近似中心點

邊界區(qū)域任意點ai到H的距離為Li∈[L_min,L_max]，α₀為覆蓋閥值角，其中為邊界區(qū)域最大最小邊界點構(gòu)成的覆蓋角，且從最小連通覆蓋集D中選取離節(jié)點H最近節(jié)點Ki即M(a_min,a_max)＝{k_i∈R²|d(k_i,H)≤d(k_j,H)}，其中M(a_min,a_max)表示在區(qū)域Ai內(nèi)離H距離最近的點Ki,為了再修復覆蓋盲區(qū)時候保證網(wǎng)內(nèi)連通性，以Ki為參考點，在最小連通覆蓋集D中選取離Ki最近的點Kj，組成該修復區(qū)域最小覆蓋角若則ki為該覆蓋盲區(qū)的修復節(jié)點；若以的角平分線Li為界，從最小連通覆蓋集D中選取到Li最近的節(jié)點Km，此時節(jié)點ki和km為該覆蓋盲區(qū)的修復節(jié)點；若對進行對分，以α₀為劃分臨值，直至其劃分的角其的修復節(jié)點選取方法如上。

步驟三：若修復區(qū)域為覆蓋冗余區(qū)，依據(jù)冗余區(qū)域權(quán)重因子集ρ選取覆蓋冗

余區(qū)Bi，其不規(guī)則邊界區(qū)域近似中心點為ci，區(qū)域Bi冗余面積為S_i為Bi域內(nèi)各冗余分區(qū)的面積，ι為該冗余分區(qū)冗余系數(shù)?；谝延械木W(wǎng)絡(luò)連通性，結(jié)合感知區(qū)域的不規(guī)則性，通過對感知半徑進行調(diào)整來對冗余區(qū)域進行最小化修復,根據(jù)線性加權(quán)及感知距離有效性，可知域內(nèi)冗余面積具收斂性，存在最小值，故可得感知半徑近似最優(yōu)解r^*_i，使冗余面積函數(shù)M_i取得最小值，r^*_i＝argr_i∈RminM_i(r_i)。通過對冗余區(qū)面積最小值進行分析，利用同一區(qū)域Bi內(nèi)多個連通節(jié)點的平衡性，求的感知半徑近似最優(yōu)解，從而實現(xiàn)對覆蓋冗余區(qū)最小化。

本實施例通過基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集；并根據(jù)最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集；以及基于最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能，從而達到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)了延長網(wǎng)絡(luò)有效壽命的目的。

對于方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該知悉，本發(fā)明實施例并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明實施例，某些步驟可以采用其他順序或者同時進行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作并不一定是本發(fā)明實施例所必須的。

圖6是本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強裝置包括：

獲取單元301，用于基于不規(guī)則感知區(qū)域最優(yōu)節(jié)點選擇方法獲取所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)覆蓋節(jié)點集；

構(gòu)建單元302，用于根據(jù)所述最優(yōu)覆蓋節(jié)點集中各傳感器節(jié)點的屬性和感知不規(guī)則性構(gòu)建所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小連通覆蓋集；

修復單元303，用于基于所述最小連通覆蓋集，采用基于連通性的覆蓋修復增強方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋盲區(qū)和覆蓋冗余區(qū)進行修復，提高所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

在本發(fā)明一可選實施方式中，所述獲取單元301，具體用于：

計算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑；

根據(jù)所述任意傳感器節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和節(jié)點感知半徑確定所述任意傳感器節(jié)點的不規(guī)則感知區(qū)域，并將所述不規(guī)則感知區(qū)域近似為多邊形區(qū)域；

對所述多邊形區(qū)域進行模糊最小處理，形成多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域；

將位于每個最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點存放至第一覆蓋節(jié)點集；

對所述不規(guī)則感知區(qū)域進行離散化，把不屬于所述不規(guī)則感知區(qū)域的部分區(qū)域及非覆蓋任務(wù)區(qū)域標記為覆蓋冗余區(qū)，并將對應的最小綁定不規(guī)則區(qū)域的幾何中心點位置的傳感器節(jié)點從所述第一覆蓋節(jié)點集中剔除形成第二覆蓋節(jié)點集；

對所述多個最小綁定不規(guī)則區(qū)域中的最小綁定不規(guī)則區(qū)域進行調(diào)整，保證對所述不規(guī)則感知區(qū)域全覆蓋，從而根據(jù)所述第二覆蓋節(jié)點集得到最優(yōu)覆蓋節(jié)點集。

本發(fā)明通過建立不規(guī)則信號感知模型，結(jié)合節(jié)點感測半徑呈現(xiàn)的不規(guī)則性進行分析，針對不規(guī)則區(qū)域的覆蓋問題，對目標區(qū)域進行整理，確定最優(yōu)覆蓋集，對覆蓋最小區(qū)域進行調(diào)整。同時，將能量作為主要的因素加以考慮，將網(wǎng)絡(luò)連通性作為覆蓋質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，基于信號的不規(guī)則性及網(wǎng)內(nèi)節(jié)點感知范圍的不規(guī)則性，針對網(wǎng)內(nèi)覆蓋連通性等特點進行網(wǎng)內(nèi)覆蓋修正，從而達到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)了延長網(wǎng)絡(luò)有效壽命的目的。

對于本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強裝置中還涉及的具體細節(jié)已在本發(fā)明一實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能的修復增強方法中作了詳細的描述，在此不再贅述。

應當注意的是，在本發(fā)明的系統(tǒng)的各個部件中，根據(jù)其要實現(xiàn)的功能而對其中的部件進行了邏輯劃分，但是，本發(fā)明不受限于此，可以根據(jù)需要對各個部件進行重新劃分或者組合，例如，可以將一些部件組合為單個部件，或者可以將一些部件進一步分解為更多的子部件。

本發(fā)明的各個部件實施例可以以硬件實現(xiàn)，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現(xiàn)，或者以它們的組合實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行這里所描述的方法的一部分或者全部的設(shè)備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產(chǎn)品)。這樣的實現(xiàn)本發(fā)明的程序可以存儲在計算機可讀介質(zhì)上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。

應該注意的是上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權(quán)利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱。

以上實施方式僅適于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。