城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法技术

本发明专利技术公开了一种城市综合管廊中的无线传感器网络的节点部署方法，该方法包括：由管廊两端向中心，在城市综合管廊长度方向上等间距部署超级节点，实现将超级节点等间距排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域；在此基础上，随机部署普通节点，使超级节点的覆盖空洞被普通节点所覆盖。进一步，选取10%的普通节点作为高级节点部署，实现多重覆盖。通过节点分类布置方式，能直观反映出综合管廊中监控能耗情况，使得在高频率工作区域的超级节点平均能量更高，与管廊实际条件更相符合。有效缓解单一节点部署而产生的能量空洞问题，均衡网络能耗，以延长网络生命周期。

Deployment Method of Wireless Sensor Network Node in Urban Integrated Pipeline Gallery

【技术实现步骤摘要】
城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法
本专利技术涉及城市综合管廊的监控
，尤其涉及一种城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法。
技术介绍
如今，越来越多的信息和通信技术被运用整合到智慧城市中。因此，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，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。尤其是无线传感器网络被越来越多地用于各种领域，例如城市综合管廊。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，将无线传感器网络用于城市综合管廊，这种革命性的创新主要归因于微机电系统(MEMS)，低功耗电路设计和无线技术在集成电路上的低成本大规模生产。值得注意的是，传感器节点具有体积小、功耗低、成本低廉、和仅使用电池就可以维持较长的寿命的特点，通常被部署在人难以到达或需要长时间持续运行的地方。这就造成了节点相关的维护(补充或更换)代价相对较高。而在城市综合管廊中如何使传感器节点，长久稳定地工作，显得尤为关键。显然地，城市综合管廊可以有效提高管道维护和检修的效率。不会对道路交通和人们出行带来不便。但需要指出的是，城市综合管廊尚在发展，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。常见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。不同地区的城市综合管廊中管道类型配比各有不同，但在各个管道的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，部署的传感器种类大致相同。在工作中，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，根据管道工作特点的不同，对传感器的工作频率要求有所不同。即对传感器电池能量储备提出分级要求，同时也对网络协议的优化提出了一定要求。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，必须使得节点部署不均，造成节点资源浪费，而且还会导致无线传感器网络能耗失衡，容易出现节点过早死亡，造成能量空洞。基于此，现有的城市综合管廊中的无线传感网络存在较严重的能量空洞，寿命较短。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种城市综合管廊中的无线传感器网络的节点部署方法，能够缓解能量空洞、延长网络生命周期。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供的城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，包括以下步骤：提供三类无线传感器网络节点，分别为普通节点、高级节点、和超级节点；所述普通节点的能量配置为E，所述高级节点的能量配置为2E，所述超级节点的能量配置为10E；所述普通节点用于采集城市综合管廊中的管道数据和内部竞选簇头，所述高级节点和所述超级节点用于采集城市综合管廊中的高频率数据及其覆盖区域内簇头数据的中继转发；在城市综合管廊内，由管廊两端向中心，在城市综合管廊长度方向上等间距部署m个超级节点，且保证单一簇内有且仅有一个所述超级节点；其中：d为相邻两个超级节点的间距，l为城市综合管廊的长度；在所述超级节点的监控区域外，随机部署普通节点，确保所述超级节点在城市综合管廊中的覆盖空洞被所述普通节点所覆盖；选取10％的普通节点作为高级节点部署。作为一种可实施方式，所述超级节点设置在城市综合管廊边缘的簇中。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，由管廊两端向中心，在城市综合管廊长度方向上等间距部署超级节点，实现将超级节点等间距排列部署在城市综合管廊中的高频率工作区域；在此基础上，随机部署普通节点，使超级节点的覆盖空洞被普通节点所覆盖。进一步，选取10％的普通节点作为高级节点部署，实现多重覆盖。通过节点分类布置方式，能直观反映出综合管廊中监控能耗情况，使得在高频率工作区域的超级节点平均能量更高，与管廊实际条件更相符合。有效缓解单一节点部署而产生的能量空洞问题，均衡网络能耗，以延长网络生命周期。附图说明图1是实施例一提供的城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法的流程示意图；图2是中继节点的正方形部署的位置关系示意图。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2，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。网络节点的部署是WSN在具体应用时首先需要解决的问题，它直接关系到网络监测信息的准确性、完整性和时效性。采用合理的节点部署方式有助于提高网络工作效率，最大化利用网络资源。本专利技术提供的城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，通过在网络部署阶段进行节点优化部署，以达到缓解能量空洞、延长网络生命周期的目的。为了延长网络的生命周期，必须增强网络中节点的异质性。所以本专利技术采用多级节点异构设计。考虑到能量作为限制系统综合性能的主要制约因素，从能量异构的角度考虑，引入高级节点和超级节点两种高能量节点。高级节点的功能性和任务强度并不高，与普通节点的能量比为2:1，超级节点与普通节点的能量比为10:1。普通节点的能量配置为E，高级节点的能量配置则为2E，超级节点的能量配置则为10E。考虑到WSN中普通节点和超级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城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，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(超级节点)精准部署，将大量的低能量节点(普通节点)随机部署，再选取10％的普通节点作为高级节点，然后依据能量级信息进行分簇。由于数量有限的超级节点在综合管廊部署范围内可能存在能量空洞，故采用普通节点和高级节点来实现多重覆盖，以尽可能的填补能量空洞。本专利技术可以在保证网络多重覆盖的同时，均衡网络能耗，以延长网络生命周期。具体地，参见图1，本专利技术实施例一提供的城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，包括以下步骤：S100、提供三类无线传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：提供三类无线传感器网络节点，分别为普通节点、高级节点、和超级节点；所述普通节点的能量配置为E，所述高级节点的能量配置为2E，所述超级节点的能量配置为10E；所述普通节点用于采集城市综合管廊中的管道数据和内部竞选簇头，所述高级节点和所述超级节点用于采集城市综合管廊中的高频率数据及其覆盖区域内簇头数据的中继转发；在城市综合管廊内，由管廊两端向中心，在城市综合管廊长度方向上等间距部署m个超级节点，且保证单一簇内有且仅有一个所述超级节点；其中：

【技术特征摘要】
1.一种城市综合管廊中的无线传感器网络节点的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：提供三类无线传感器网络节点，分别为普通节点、高级节点、和超级节点；所述普通节点的能量配置为E，所述高级节点的能量配置为2E，所述超级节点的能量配置为10E；所述普通节点用于采集城市综合管廊中的管道数据和内部竞选簇头，所述高级节点和所述超级节点用于采集城市综合管廊中的高频率数据及其覆盖区域内簇头数据的中继转发；在城市综合管廊内，由管廊两端向中心，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛欣怡，周志鑫，刘怡，周炜翔，张飞翔，朱博威，李剑，易晓梅，郜园园，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