一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，该方法包括：将中继节点呈三角形排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域，在中继节点的监控区域外，随机部署普通节点，使中继节点的覆盖空洞被普通节点所覆盖；在信息传递过程中，控制每一个簇内的普通节点将信息传递给簇头节点，再由簇头节点传递给覆盖范围内的中继节点，最后由中继节点将接收的信息传递给基站。本发明专利技术通过采用三角形排列部署中继节点，随机部署普通节点，以实现多重覆盖,保证网络覆盖性，均衡节点密度。而且，在综合考虑节点的能量特点和空间分布的情况下引入中继转发方式，均衡了各节点间的能量消耗速度，同时避免了节点过早死亡和覆盖漏洞问题。

A Method of Balancing Energy Consumption of Wireless Sensor Network in Urban Integrated Pipeline Gallery

The invention discloses a method for balancing the energy consumption of wireless sensor networks in urban integrated corridors. The method includes: deploying relay nodes in triangular arrangement in the high frequency working area of urban integrated corridors, randomly deploying ordinary nodes outside the monitoring area of relay nodes, so that the coverage holes of relay nodes are covered by ordinary nodes; and in the process of information transmission, The common nodes in each cluster are controlled to transmit information to the cluster head node, and then the cluster head node to the relay node in the coverage area. Finally, the relay node transmits the received information to the base station. The invention adopts triangular arrangement to deploy relay nodes and random deployment of ordinary nodes to achieve multiple coverage, ensure network coverage and balance node density. Furthermore, considering the energy characteristics and spatial distribution of nodes, relay forwarding is introduced to balance the energy consumption speed among nodes, and avoid premature node death and coverage vulnerabilities.

【技术实现步骤摘要】
一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法
本专利技术涉及城市综合管廊的监控
，尤其涉及一种的均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法。
技术介绍
目前，越来越多的高新技术被运用整合到城市生活中。例如无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，简称WSN)、无线局域网(WLAN)、高速网络和智能手机等创新进步都在人们日常生活中扮演重要角色。尤其是WSN在越来越多地的领域大展身手，例如，城市综合管廊的监控。WSN是一种新兴的网络模型，它由大量具有通信和计算能力的传感器节点布设在无人值守的监控区域构成。随着WSN技术和计算机技术的突飞猛进，基于WSN技术的无线监控系统具有实时不间断、动态性强、设施安装简易等优势，无线监控有望取代传统有线监控手段。因此，利用无线监控系统对城市综合管廊的运行状态进行可靠的实时监控成为了目前的研究热点之一。城市综合管廊亦称共同沟，主要是指在城市道路地下建造一个将电力、信息、给水、热力和排水等多种市政公用管线集中敷设在同一个空间内的建筑。以做到城市道路地下空间的综合开发利用和市政公用管线的集约化建设和管理，从而避免城市道路产生“拉链路”，提高管道维护和检修的效率的目的。其中，城市综合管廊中的WSN技术主要实现区域内管道的监视数据采集、传输，是构成完整的自动化监控网络的重要一环，这使得高性能的路由协议成为系统稳定运行的关键因素之一。考虑到城市综合管廊建筑结构的特殊性，在其区域内部署WSN，相较于在其他环境中部署WSN存在诸多困难。这些特性使得各类传统的路由协议不能直接照搬到城市综合管廊WSN的应用中。所以，城市综合管廊的这些特性在设计路由协议时会成为限制协议性能的主要因素。通过分析，城市综合管廊的主要约束条件如下：1、城市综合管廊必定是一个长度远大于宽度的建筑结构。目前，城市综合管廊通常与地铁、城市干线和地下综合体等工程统一纳入城市空间规划，形成共同化、综合化发展的趋势。2、城市综合管廊属于封闭结构。城市综合管廊的建设不可避免会遇到各种类型的地下空间。在前期规划中，必须将综合管廊与其他地下空间建设统筹考虑，使城市综合管廊拥有独立空间，不受其他建筑影响。3、城市综合管廊包含的管道种类多。城市综合管廊尚处在发展时期，根据其断面以及功能定位的不同，需要设计不同的管道搭配方案。文献中考虑的管道类型主要是电力、电信、供水和天然气管道。可以将其概括为水处理管道、供热管道、强电管道和弱电管道等四类管道。4、城市综合管廊监控所需传感器类型重叠。不同地区的城市综合管廊设计的管道类型配比各有不同，但各个管道在需监控参数上有大面积重叠(温度、湿度、水位、气体)。因此，对不同类型的管道进行监控时，部署的传感器种类是大致相同。5、收集相同类型数据的传感器可能具有不同工作频率。在管廊监控中，多种类型传感器对城市综合管廊中管道的多种参数进行采集，并将采集到的数据发送给相关控制模块进行处理。处理器对节点各部分的工作进行协调和控制，对采集的数据做统一化处理，再传输到通信单元中进行传输。除此之外，根据不同管道的工作特点，传感器的工作频率要求也有所不同。即对传感器电池能量储备提出不同要求。现有技术采用单一传感器网络节点覆盖，在信息传递过程中，簇内所有节点需将信息先传递给簇头节点，再由簇头节点传递给基站。这个过程没有考虑数据传输距离和簇头节点能耗高的问题。事实上，采用单一传感器网络节点覆盖，在管廊信息传递过程中会产生随着管道距离的延伸，节点间通信所产生的能耗也会越来越大，远离汇聚节点的节点信息无法有效地传输给汇聚节点的问题。而且通过分析可知，在城市管廊的类线性环境中，节点部署要在长度延伸上充分考虑网络的感知能力和通信能力，传感器网络通常需要冗余的部署节点，以实现强连通度和强覆盖度要求。这样，即使部分节点失效，整个网络仍能保持对覆盖区域的感知和整个网络的连通。由此可见，在感知区域内采用单一传感器网络节点覆盖，若要满足整个监测区域的信息有效采集和传输的要求，必须使得节点部署密度不均，这样就会导致无线传感器网络能耗失衡，容易出现节点过早死亡和覆盖漏洞的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，以解决现有技术中存在的网络能耗不均衡的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供的均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，包括以下步骤：在无线传感器网络的节点部署过程中，将中继节点呈三角形排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域，并确保所述中继节点的感知半径大于其所在城市综合管廊的宽度；在城市综合管廊中的所述中继节点的监控区域外，随机部署普通节点，使所述中继节点的覆盖空洞被所述普通节点所覆盖；在信息传递过程中，控制每一个簇内的所述普通节点将信息传递给簇头节点，再由簇头节点传递给覆盖范围内的所述中继节点，最后由所述中继节点将接收的信息传递给基站。作为一种可实施方式，两个所述中继节点之间存在多重部署覆盖区域，两个所述中继节点之间的覆盖重叠区域的最大深度小于所述中继节点的覆盖半径。作为一种可实施方式，若某簇头节点同时位于两个所述中继节点的覆盖范围内，则选择距离较近的所述中继节点进行信息传递。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，通过采用三角形排列连接部署中继节点和随机部署普通节点相结合的方式部署网络节点，以实现多重覆盖,保证网络覆盖性，均衡节点密度。并在此基础上，结合节点的能量特点和空间分布的情况下引入中继转发方式，均衡了各节点间的能量消耗速度，同时避免了节点过早死亡和覆盖漏洞问题。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法的流程示意图；图2是中继节点的正方形部署的位置关系示意图；图3是中继节点的三角形部署的位置关系示意图；图4是中继节点在管廊中呈三角形部署排列连接示意图；图5是中继节点三角形部署覆盖空洞示意图；图6是中继节点转发原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案更加清晰，以下结合附图1至6，对本专利技术进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术的保护范围。在城市管廊的类线性环境中，管道的截面积相比于节点的覆盖范围是可以忽略不计的。所以，节点部署要在长度延伸上充分考虑网络的感知能力和通信能力，传感器网络通常需要冗余的部署节点，实现强连通度和强覆盖度要求。那么，即使部分节点失效，整个网络仍能保持对覆盖区域的感知和整个网络的连通。进一步地，在城市综合管廊WSN中，传感器节点负责采集监测区域的信息。所以，整条管廊区域必须被有效覆盖。但由于WSN节点的有限性以及综合管廊环境的特殊性，如果感知区域内采用单一节点覆盖，无法满足整个监测区域的信息有效采集要求。考虑到WSN中普通节点和中继节点在传感能力以及硬件成本上差异悬殊，本专利技术提供了一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，首先在节点部署时，采用静态部署与随机部署相结合的方法，即将数量较少的高能量节点按照三角形排列部署，将大量的低能量节点随机部署，然后依据能量级信息进行分簇。进一步地，在此节点部署方式的基础上，划定中继节点覆盖范围，通过中继节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：在无线传感器网络的节点部署过程中，将中继节点呈三角形排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域，并确保所述中继节点的感知半径大于其所在城市综合管廊的宽度；在城市综合管廊中的所述中继节点的监控区域外，随机部署普通节点，使所述中继节点的覆盖空洞被所述普通节点所覆盖；在信息传递过程中，控制每一个簇内的所述普通节点将信息传递给簇头节点，再由簇头节点传递给覆盖范围内的所述中继节点，最后由所述中继节点将接收的信息传递给基站。

【技术特征摘要】
1.一种均衡城市综合管廊中的无线传感器网络能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：在无线传感器网络的节点部署过程中，将中继节点呈三角形排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域，并确保所述中继节点的感知半径大于其所在城市综合管廊的宽度；在城市综合管廊中的所述中继节点的监控区域外，随机部署普通节点，使所述中继节点的覆盖空洞被所述普通节点所覆盖；在信息传递过程中，控制每一个簇内的所述普通节点将信息传递给簇头节点，再由簇头节点传递给覆盖范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑豪男，周志鑫，王雯欣，张飞翔，项斌，林佳盈，李剑，楼雄伟，惠国华，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33