[发明专利]一种连通约束下有向传感器任务监测的部署方法

说明书

本发明公开了一种连通约束下有向传感器任务监测的部署方法，包括：有N个任务监测点，在具有固定的已知位置和方位角的二维区域Ω中,同时有一个同构集合的B个有向传感器有待部署在Ω平面上M个候选位置构成的连通图；将原始要解决的问题简化成连通约束下的子模集函数优化问题；设计一种解决连通约束下的子模集函数最大化的近似算法，并得到一个常数近似比；提出提取候选方位角技术，为每个部署的传感器选择一个最佳的方位角，从而达到最大化网络整体任务监测效用。本发明通过简化算法，仅提取有限个可能的候选方位角而不用考虑连续无穷多个候选方位角。

技术领域

本发明涉及无线传感网络中的有向传感器的部署领域，具体涉及通过确定有向传感器的位置和方向角来保证部署的有向传感器之间可以相互通信并最大化有向传感器用于监测任务点的整体监测效用。

背景技术

传感器技术、微波技术、现在网络和无线通信技术的发展极大促进了现代无线传感网络的发展。无线传感网络极大的扩展了人们获取信息的能力，将客观环境的物理信息与网络传输进行结合，为人们提供最直接、最有效和最真实的信息。因此，无线传感网络技术具有广阔的应用前景，可用于军事、工农业控制、城市管理、生物医学、环境监测、救灾监测等领域。

有向传感器通常需要彼此通信以交换诸如位置，时间以及从环境中收集到数据信息以用于实际目的。例如：1)协作调度以实现某些目标，诸如优化任务监测效用；2)从传感器和/或监测任务点收集到某个监测任务点的数据信息；3)传感器之间的配置更新。这些目的需要有向传感器彼此之间可以通信。此外，与有线通信相比，无线通信在实现有向传感器连通性方面显示出其特殊优势，例如：1)降低了通信线路成本、布局和维护的财务和人力开销；2)有向传感器动态加入或离开网络时通信建立更方便；3)它更可靠，因为通信线路在户外和工厂等恶劣环境中暴露了风险；4)对于移动的有向传感器来说更为优选。

现有技术中，尽管已经出现了一些工作研究有向传感器的部署方案，但是，它们中的大多数几乎都是几何问题；还有一些考虑了最大化具有连通约束的子模集函数的问题。但尽管如此，这些研究均不能解决连通约束下有向传感器任务监测的部署的技术问题，而设计一种确保部署的有向传感器之间可以相互通信的部署算法来最大化网络整体任务监测效用，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是：在保证有向传感器可以相互通信并且限制部署有向传感器的数量的情况下，通过确定有向传感器的部署位置和方位角来达到最大化网络整体任务监测效用。

为实现上述目的，本发明提出一种连通约束下有向传感器任务监测的部署方法，对有向传感器和监测任务都采用了实用的定向感知模型，并限制了每个候选位置所能部署的有向传感器的数量，一方面要设计求解连通约束下的最大化子模函数的方法，该方法有一个常数近似比的近似算法；另一方面要考虑传感器的定向性，为每个传感器选择最佳的方位角来最大化网络整体任务监测效用。其中，有向传感器在本文中也叫无线传感器或简称传感器，有向传感器的连通约束是指部署的有向传感器之间可以相互通信，也就是说，在给定固定数目的有向传感器和候选位置，在确保有向传感器相互通信的限制下，确定每个有向传感器的部署位置和方位角，从而使总体任务监测效用函数最大化。

该方法主要包括：

(1)有N个任务监测点，在具有固定的已知位置和方位角的二维区域Ω中,同时有一个同构集合的B个有向传感器有待部署在Ω平面上M个候选位置构成的连通图。

(2)将原始要解决的问题简化成连通约束下的子模集函数优化问题.

(3)设计一种解决连通约束下的子模集函数最大化的近似算法，具体分为4个小步骤：区域划分、利润分配、寻找配额斯坦纳树、计算最佳子树，该算法的得到一个常数近似比。

(4)提出提取候选方位角技术，为每个部署的传感器选择一个最佳的方位角，从而达到最大化网络整体任务监测效用。

本发明的有益效果是：