[发明专利]一种3D表面的传感器网络栅栏覆盖部署方法

摘要

本发明公开了一种3D表面的传感器网络栅栏覆盖部署方法。本发明采用的无线传感网络为：在一个感兴趣的立体区域中，随机部署了N个全向传感器，但是并未形成栅栏覆盖；具体的步骤如下：步骤1：构建监测区域的3D网格曲面模型；从区域地形的GIS信息中得到部署区域的数字高度模型，以DEM数据点集为基础，通过三角重构法构造监测区域的3D网格曲面模型；步骤2：计算3D网格曲面中任意两个数据点之间的最短路径；步骤3：构建栅栏图；步骤4：修改栅栏图的边；步骤5：计算最终的部署结果。本发明采用动态聚类法，减少冗余边数量，提升计算效率，从而能够适用传感器规模较大的应用场景的栅栏部署。

主权项

1.一种3D表面的传感器网络栅栏覆盖部署方法，其特征在于采用的无线传感网络为：在一个感兴趣的立体区域中，随机部署了N个全向传感器，但是并未形成栅栏覆盖；具体的步骤如下：步骤1：构建监测区域的3D网格曲面模型；从区域地形的GIS信息中得到部署区域的数字高度模型，以DEM数据点集为基础，通过三角重构法构造监测区域的3D网格曲面模型；步骤2：计算3D网格曲面中任意两个数据点之间的最短路径；步骤3：构建栅栏图；步骤4：修改栅栏图的边；步骤5：计算最终的部署结果；步骤4所述的修改栅栏图的边，具体如下：使用动态聚类法修改栅栏图BG的边，将顶点集合VBG中的顶点分为若干个不同的类：1.同一个类的顶点两两连通；2.类与类之间选择不属于同一个类且距离最近的两个顶点，使其连通；把分类后的边的总数作为损失函数，设有n+2个顶点，被分为k个类，每个类所含顶点个数为b₁,b₂,…,b_k；用C^k＝{b^k₁,b^k₂,…,b^k_k}表示分类情况，则损失函数SumC^k为具体的动态聚类法的实现分为以下步骤：4‑1、求出栅栏图BG的最小生成树T＝(VT,ET)，VT包含BG的所有顶点，ET为最小生成树的边集；4‑2、对ET中的n+1条边进行降序排列，并逐渐删去ET中的m(0≤m≤n+1)条最长边，从而将最小生成树T变为含有m+1棵子树的森林,Tm+1i＝(Vm+1i,Em+1i)(Tm+1i∈T，i＝1,2,…,m+1)；将每棵子树的点集Vm+1i当做一个类，则可得到不同的分类情况Cm+1＝{Vm+11,Vm+12,…,Vm+1m+1}；4‑3、根据损失函数求出Cm+1中需要计算的边最少的情况SumCmin；4‑4、根据Cmin和动态聚类法的分类策略为栅栏图BG添加边；步骤5所述的计算最终的部署结果，具体如下：在根据步骤4中的栅栏图，求出连通左右边界的最短路径后，采用从左到右逐个部署传感器的空间渐进式部署方案，对最短路径进行求解，最终计算出满足栅栏覆盖时，新增传感器的个数及其部署位置；具体步骤：5‑1、对栅栏图BG通过Dijkstra最短路径算法求出连通左右边界vBG1和vBGn+2的最短路径P；5‑2、用[L,R]区间来表示未部署的路径P，令未被覆盖的左边界L’＝L；用位置集合Dep表示最终的部署结果；Dep中每个元素代表一个传感器的部署位置，元素总数则代表所需传感器的总数；5‑3、在路径P上的某个位置pos部署一个新增传感器，该传感器在P上的覆盖区域记为[Lpos,Rpos]；找出满足L’∈[Lpos,Rpos]，且区域[L’,Rpos]的长度最长的pos位置，并将pos记录在Dep中；5‑4、若R∈[Lpos,Rpos]，则已求出部署方案；否则，令L’＝Rpos，并返回步骤5‑3。