[发明专利]一种圆环型无线传感器网络的节点优化部署方法

说明书

本发明公开了一种圆环型无线传感器网络的节点优化部署方法，该无线传感器网络的监测区域为圆形区域，所有传感器节点分布于该圆形区域中，汇聚节点位于其圆心位置，把监测区域划分为n个同心圆环，每个圆环的中间区域再设置中继圆环，各中继圆环等间距分布；所有感知节点均匀分布在整个圆形监测区域中的非中继圆环区域，所有中继节点分布在各中继圆环内，同一中继圆环上的中继节点均匀分布，不同中继圆环的中继节点分布密度不同，且分布密度随着中继圆环与汇聚节点距离的增大而减小。本发明有效地避免了节点能耗不均衡导致的“能量空洞”问题，优化了网络中的能量消耗，延长了网络的生命周期，大大减少了维护工作量。

技术领域

本发明属于无线传感器网络，特别涉及了一种无线传感器网络的节点优化部署方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是大量的传感器节点通过自组织方式构成一种新型的无线网络。由于无线传感器网络具有监测精度高、功耗低、成本低、覆盖区域大、易于部署等显著的优点，因而，无线传感器网络得到了广泛而迅猛的发展。将无线传感器网络的节点部署到特定区域，对某些环境数据进行监测和采集，可广泛应用于环境监测、医疗监护、农业养殖和灾难抢险等特殊领域，如何设计适合不同工程应用的WSN成为一大研究课题。

节点部署是无线传感器网络研究的一个重点问题，它直接影响网络的生命周期、可靠性以及可扩展性等性能。在不同的实际应用场景下，无线传感器网络的监测环境和目的不尽相同，所以应采取对应的部署策略，使组网效果最优，节约部署成本，满足覆盖要求。

无线传感器网络中存在节点能耗不均衡导致的“能量空洞”问题，可能会出现某些节点提前死亡，整个网络生命周期受到很大的影响，同时还可能存在通信干扰，因此数据传输过程复杂，容易出现数据冲突等问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种圆环型无线传感器网络的节点优化部署方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种圆环型无线传感器网络的节点优化部署方法，该无线传感器网络的监测区域为圆形区域，所有传感器节点分布于该圆形区域中，汇聚节点位于其圆心位置，把监测区域划分为n个同心圆环，n1，每个圆环的中间区域再设置中继圆环，各中继圆环等间距分布；传感器节点包括两类：感知节点和中继节点，感知节点负责采集数据并将采集的数据发送给中继节点，但不负责转发其他节点的数据，中继节点负责转发其他节点的感知数据，但不负责数据的采集；所有感知节点均匀分布在整个圆形监测区域中的非中继圆环区域，所有中继节点分布在各中继圆环内，同一中继圆环上的中继节点均匀分布，不同中继圆环的中继节点分布密度不同，且分布密度随着中继圆环与汇聚节点距离的增大而减小。

进一步地，任一感知节点A的周围分布6个邻居感知节点，这6个邻居感知节点位于以感知节点A为中心的正六边形的6个顶点上，其中相邻2个感知节点的距离r_s为感知节点的感知半径，ε为一个无限小的半径增量，当时，感知节点A将被它的6个邻居感知节点完全覆盖，这样使得相邻节点之间重叠覆盖面积最小，整个传感器网络按照前述方式布置感知节点，使得网络全覆盖所需要的感知节点数最少：

上式中，N^s为全覆盖所需的最少感知节点数，R为圆形监测区域的半径，表示向上取整运算；

则N^s对应的感知节点分布密度ρ_s：

进一步地，布置中继节点的数目按下式求得：

上式中，E_elec为收发电路收发每bit数据的能耗，ξ为传输常数，α为路径损耗常数，为中继节点的通信半径，为感知节点的通信半径。

进一步地，建立感知节点通信半径优化模型：