[发明专利]基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络节点分布方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络节点分布方法，所述方法包括：根据划分准则将整个圆形监测区域划分为若干等宽相邻圆环，从外向内不断向内侧圆环添加额外的传感器，每个圆环添加的传感器数量为该圆环外侧所有圆环传感器数量总和，获取每个圆环所包含的传感器节点数量，得到离散的非均匀节点密度函数；将圆形监测区域中不同位置到基站的距离进行离散化处理，用离散化后的距离分段表示离散的非均匀节点密度函数，通过圆形监测区域中不同位置到基站的连续变化距离替换离散变化距离，获取连续非均匀节点密度函数，进而推导出泊松圆盘半径函数；利用圆盘半径函数，得到基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络非均匀节点分布。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，涉及无线传感器节点分布方法，尤其是一种基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络节点分布方法。

背景技术

目前在相关方法中，无线传感器网络节点分布方法主要分为两类：一种是均匀的节点分布方法。均匀节点分布方法实现比较简单，可应用的现实场景较多，该方法可以直接通过飞机播撒大量传感器节点到指定部署区域中。由于该方法不需要人工摆放，因此可以应用于危险恶劣环境或人类不宜到达的区域。例如，在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，在海洋中采用传感器网络进行海水成分监测，或在恶劣的战场环境中采用传感器网络进行敌情侦察、兵力、装备和物资监控、以及生物化学攻击判断。

均匀节点分布的缺陷在于传感器网络工作过程中会出现能量空洞问题，即在网络中靠近基站的传感器会先于其他节点消耗尽自己的电池能量，降低网络的监测能力，减少网络的工作寿命。在无线传感器网络中，传感器一般以多跳的方式传输数据，每个传感器不仅要产生数据，发送数据，还要转发其他传感器产生的数据。因此，靠近基站的传感器需要转发的数据量大于远离基站的传感器，会优先消耗尽自己的能量，无法继续监测和转发数据，从而基站附近会出现大量无法工作的传感器，以至于基站接收不到监测数据，进而整个网络停止工作，而此时网络中大部分传感器还有剩余能量无法继续被使用，造成能量浪费。

另一类节点分布是非均匀节点分布方法。该方法将传感器非均匀的部署到指定区域中，在越靠近基站的位置上，部署越多的传感器节点，从而均衡网络中的能量消耗，尽量使网络中的传感器同时耗尽能量，最大限度地延长整个网络的寿命，增大网络中能量的利用效率，进而解决了均匀节点分布中的能量空洞问题。对于非均匀节点分布方法来说，最重要的就是节点在网络中分布具体的密度函数。目前现有的非均匀节点分布的方法都是将指定部署区域分段，然后针对每一段区域设置一个密度值。然而，对于无线传感器网络区域来说，从远离基站到靠近基站，能量消耗的速率应该是连续下降的，因此分段密度函数效果并不是很好。

虽然非均匀节点分布方法可以有效解决能量空洞问题，但是该方法对于传感器位置的要求比较高，一般无法通过飞机播撒实现，需要无人机或人工摆放传感器，不适合危险恶劣环境，可应用于土壤成分监测，农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况监测等。

目前，Lian^[1]，Liu^[2]和Apostolos^[3]分别提出了各自的非均匀节点分布方法，成为当前主流的非均匀节点分布方法，但是这些方法都是基于分段离散密度函数提出的，对于无线传感器网络来说效果并不是很好。

发明内容

本发明提供了一种基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络节点分布方法，本发明在无线传感器网络中采用非均匀节点分布，能够实现无线传感器网络中节点密度连续变化，从而避免能量空洞问题，有效提高网络的能量利用率，延长网络的寿命，同时保证了网络的可靠性，详见下文描述：

一种基于自适应泊松圆盘的无线传感器网络节点分布方法，所述方法包括：根据划分准则将整个圆形监测区域划分为若干等宽相邻圆环，从外向内不断向内侧圆环添加额外的传感器，每个圆环添加的传感器数量为该圆环外侧所有圆环传感器数量总和，获取每个圆环所包含的传感器节点数量，得到离散的非均匀节点密度函数；