[发明专利]传感器网络节点数量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够计算出在目标区域不存在未被传感器覆盖的盲路径的前提下所需传感器的数量的传感器网络节点数量计算方法。

背景技术

无线传感器网络由部署在目标区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器的种类众多，可探测包括电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。因而在军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等各个领域都有广泛运用。

在某些特定领域，传感器网络需要具有监测移动侵入物的能力，为了更好、更有效地监测目标区域，传感器网络需要覆盖到整个目标区域。但是在一些特殊情况下，由于军事、政治或者自然条件等原因，传感器不能被人为地精确地放置在各个需要的位置上，只能借助飞机或者大炮通过子母弹的形式将传感器抛散在目标区域内，由于传感器抛散所形成的散布面积和散布密度具有不确定性，所以，很有可能是目标区域存在一条没有被传感器覆盖的盲路径，从而导致检测目标穿越目标区域但没有被监测到。

因此，传感器网络节点分布的问题一向都是这一领域的关键问题，目前只能通过抛撒大量的传感器来减少这种情况的发生，严重浪费资源。现有技术中，在做到保证抛散后目标区域不存在盲路径的前提下，找出所需的传感器的数量范围，目前还没有针对上述问题快速有效的计算方法，是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够计算出在目标区域不存在未被传感器覆盖的盲路径的前提下所需传感器的数量的传感器网络节点数量计算方法。

本发明提供的传感器网络节点数量计算方法，用于计算出在目标区域M中不存在未被传感器覆盖的盲路径的前提下所需传感器的数量N(M)，该数量N(M)由目标区域M的面积|M|与传感器的密度λ的乘积得到，作为节点的每个传感器的覆盖范围是半径为r的圆所覆盖的区域，具体包括以下步骤：(1)将目标区域M用一个最小的正方形包围起来形成正方形区域W，并将该正方形区域W分割为个方格，该正方形区域W共计包含n个方格的顶点，即、每个方格具有四个顶点和依次连接四个顶点的长度分别为d的四条边线，(2)任意两个顶点之间通过多条边线依次连接形成对应于该两个顶点的路径，当路径完全被传感器覆盖时该路径为L关闭路径，当路径未完全被传感器覆盖时该路径为L开放路径，当路径完全未被传感器覆盖时该路径为S开放路径，当路径被传感器部分覆盖或完全覆盖时该路径为S关闭路径，(3)将目标区域M中被传感器完全覆盖的顶点和边线的集合定义为S型覆盖区域，将目标区域M中被传感器部分覆盖或完全覆盖的顶点和边线的集合定义为L型覆盖区域，(4)当目标区域M中任意一条路径属于S关闭路径的概率值P_S不大于0.5时，则判定该目标区域M中存在盲路径，此时计算可得密度λ的最小密度λ_S，即λs＝max{λ：P_S≤0.5}，当目标区域M中任意一条路径属于L关闭路径的概率值P_L不小于0.5时，则判定该目标区域M中不存在盲路径，此时计算可得密度λ的最大密度λ_L，即λ_L＝min{λ：P_L≥0.5}，(5)将目标区域M中传感器的数量N(M)设定为K，可得：目标区域M中数量N(M)为K的概率值P{N(M)＝K}的计算公式，即在目标区域M中，任取一条边线作为路径，将圆的圆心由该路径一端的顶点沿该路径移动至另一端的顶点时圆所覆盖的区域作为第一子区域A，该第一子区域A的面积为|A|＝πr²+2dr，当该第一子区域A中传感器的数量为0时，该路径完全未被传感器覆盖，根据步骤(4)和步骤(5)计算出最小密度λ_S，即λ在目标区域M中，任取一条边线作为路径，当圆的圆心分别在该路径两端的顶点时圆相互重叠的区域作为第二子区域B，该第二子区域B的面积为当该第二子区域B中包含至少一个传感器时，该路径被一个传感器完全覆盖，根据步骤(4)和步骤(5)计算出最大密度λ_L，即λ以及(8)根据面积|M|与最小密度λ_S的乘积得到数量N(M)的最小数量值N(M)min，根据面积|M|与最大密度λ_L的乘积得到数量N(M)的最大数量值N(M)max，由最小数量值N(M)min和最大数量值N(M)max得到数量N(M)，即目标区域M在不存在盲路径的前提下传感器的数量范围为N(M)min至N(M)max。