[发明专利]基于无人机的无线传感器网络修复方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机的无线传感器网络修复方法，本发明周期性采集网络节点的状态信息，将网络节点分为正常状态、失效状态、临界状态等三种模态，选择失效、临界状态的节点，配备克服相应原因的二次部署节点，将二次部署节点放置在无人机箱体内，无人机起飞时，根据飞行轨迹，在相应的位置进行悬停，并投递网络节点，当前部署完成后，上传部署信息，并飞往下一个位置，当所有部署完成之后，无人机返航，网络修复部署结束。通过本发明可以针对传统网络节点修复方法为考虑失效原因，可以通过二次部署针对性的网络节点以减小节点再次失效的风险；同时采用无人机进行节点抛洒可以降低成本，减少劳动强度。

技术领域

本发明属于环境监测的技术领域，涉及一种基于无人机的无线传感器网络修复方法。

背景技术

近来，随着社会与经济的不断发展，环境监测开始得到社会的重视。环境监测发展的主要方向从人工监测方法向无线远程监测转变，其中极为重要的是环境监测数据的远程实时传输。无线网络化、智能化、微型化、集成化是环境监测系统的发展重要趋势，于是随着半导体、无线通信技术、微电子机械系统等学科的飞速发展而产生的无线传感器网络就成为环境监测领域研究的热点。无线传感器网络综合运用了多项技术，它是多种技术的集合体，主要包括无线通信技术、嵌入式计算机技术、传感器技术以及分布式信息处理技术。它可以对监控对象进行实时监测，采集监控区域内的相关数据，并加以处理后得到准确详实信息，最终将这些信息发给远端服务器或是管理群体。无线传感器网络由大量静止或移动的节点以自组织和多跳的方式构成，集传感与驱动控制、计算、通信能力于一身，协作地实时监测、感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息并报告给用户。由于它成本低，采用无线通信，不需要固定网络协助，所以其研究成果应用十分广泛。然而环境监测无线传感器网络，由于能量有限且通常工作在户外，长时间的工作与环境的腐蚀，极易造成无线传感器网络在关键节点的能量耗尽或其他因素引起网络节点失效，进而危害整个网络功能或将网络分割为多个子区域，形成信息孤岛；造成环境监测网络监测数据的丢失以及信息的不完全性，最后，环境监测无线网络丧失全部功能，失去环境监测的作用。因此，近年无线传感器网络修复，尤其是无线网络中关键节点的快速修复，成为其研究热点与工程实际需要解决的关键问题。如何快速修复环境监测无线网络，对于环境监测与无线网络研究与应用，具有非常重要的意义。

现有技术中，通常采用部署中继节点与移动节点等策略实现无线传感器网络的修复。当前的无线传感器网络修复策略存在以下不足：首先当前的无线传感器节点失效判断定算法通常采用最小生成树等策略，存在算法复杂，不利于操作与工程实际应用；与复杂的节点失效判定算法，在执行中加重网络节点与无线网络的负担，进而缩短网络用于检测的时间，即网络生存周期。其次，当前的网络修复的相关方法是在节点失效或是网络已经发生故障后，才采取修复方法或策略；极易造成在网络未修复期间关键环境监测数据无法实时采集与上传，进而造成关键监测数据的丢失与监测数据的不完整性，尤其是关键区域数据的丢失会造成决策层面的偏差，造成巨大的经济损失与人员伤亡。再次，从工程实施角度，上述相关算法未考虑网络部署工作的实际环境，如采用移动节点，很多情况下由于地理环境的限制，采用陆地行进的方法极易造成移动节点无法到达预定位置等不足。第四，相关技术适用于小规模的网络，未考虑大范围无线传感器网络实际需求，在部署中继节点或是移动节点是存在费时费力等不足。第五，传统方法中多采用单一功能节点对网络进行修复，未针对无线传感器网络节点失效的原因进行分析，并未针对节点失效的原因设计合理、具有针对性的多类型的节点进行修复。因此，采用传统策略网络修复后，易存在网络节点再次发生相似节点失效的风险。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无人机的无线传感器网络修复方法，解决环境监测无线传感器网络中由于关键网络节点电量耗尽或是节点功能失效引起的无线传感器网络监测范围减小、网络形成信息孤岛等问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明基于无人机的无线传感器网络修复方法，包括下述步骤：