无线传感器网络参考节点的部署方法、调度方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无线传感器网络参考节点的部署方法、调度方法和装置，属于无线传感网络定位技术领域。本发明专利技术首先根据所选规则网格单元及确定的边长最大值，对定位区域进行网格划分；然后按照参考节点的定位频次确定各网格顶点处所需部署的参考节点的比例，按照该比例将相应数量的参考节点部署到对应网格顶点处；最后对每个网格顶点处部署的参考节点进行有序调度。本发明专利技术在实现分区覆盖的前提下，确保了不同顶点处参考节点的能耗均衡，避免了不同参考节点因能耗速率不同而导致的节点早死亡与能量空洞问题；同时通过有序调度，实现每个顶点处各参考节点的有序工作，延长了无线传感器网络的寿命。

【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络参考节点的部署方法、调度方法和装置
本专利技术涉及一种无线传感器网络参考节点的部署方法、调度方法和装置，属于无线传感网络定位

技术介绍
在农田无线传感器网络中往往要将所感知的农作物生长环境信息与传感器节点的位置信息结合起来才能为观测者提供更为精确的数据信息，以便其及时发现问题发生的位置并作出更好的决策。目前应用较为普遍的无线传感器网络定位技术为测距定位。基于测距的定位技术首先需要在定位区域部署三个或三个以上已知位置的参考节点，网络中的待定位节点需要和三个或三个以上参考节点交换信息，根据交换信息估算出待定位节点的位置信息，以此来实现整个无线传感网络的定位。在相关技术中，参考节点的部署是指在无线传感网工作的区域内通过一定算法布置参考节点，以完成全区域内及时有效的定位，提高节点利用效率，延长网络寿命，降低部署成本的目的。而在对农田环境中位置信息获取的及时性、准确性、可靠性有较高要求的精细农作和现代农业生产中参考节点的部署主要面临三大类问题：节点的部署数量和位置、覆盖率以及系统寿命。而目前的无线传感器在进行参考节点部署时，要么采用正三角形部署方法，要么采用正四边形部署方法，例如，授权公告号为CN103312735B的专利文件，该专利文件公开了一种基于目标定位技术部署锚节点(参考节点)的方法，该方法根据锚节点的通信半径和目标监测区域，将目标监测区域按照正方形进行网格化处理，将锚节点部署在一个正方形的顶点，实现对锚节点的部署。该方案虽然能够实现对目标区域的四重覆盖，但是目标监测区域不同位置的锚节点参与定位的频次不一样，特征是靠近区域中心的锚节点相对于边界处的锚节点而言，其参与定位的频次相对较高，能耗较大，会出现部分锚节点过早死亡造成定位真空的问题，进而影响整个网络的运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无线传感器网络参考节点的部署方法、调度方法和装置，以解决目标区域内不同参考节点能耗速率不同而导致有参考节点过早死亡的问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种无线传感器网络节点的部署方法，该部署方法包括以下步骤：1)根据节点通信半径、定位覆盖需求、部署成本和网络连通度确定规则网格单元及其边长最大值，并根据确定的规则网格单元及其边长最大值对定位区域进行划分；2)根据参考节点的定位频次确定各规则网格单元顶点处需部署的参考节点比例，并按照该比例对参考节点进行部署。本专利技术还提供了一种无线传感器网络参考节点的部署装置，所述的部署装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本专利技术所述的无线传感器网络参考节点的部署方法。本专利技术首先根据所选规则网格单元及确定的边长最大值，对定位区域进行网格划分；然后按照参考节点的定位频次确定各网格顶点处所需部署的参考节点的比例，按照该比例将相应数量的参考节点部署到对应网格顶点处，该方案保证了分区覆盖的前提下，确保了不同顶点处参考节点的能耗均衡，避免了因不同参考节点能耗速率不同而导致有些节点过早死亡问题。进一步地，为了保证各顶点处部署的参考节点的能耗均衡，所述步骤2)中需部署的参考节点数比例由下式确定：p(m)为Nm处的参考节点部署个数，p(i)为Ni处的参考节点部署个数，fm为Nm处的参考节点参与定位的频次，fi为Ni处的参考节点参与定位的频次。进一步地，所述的规则网格单元为正三角形或正方形。进一步地，当规则网格单元为正三角形时，正三角形边长小于等于Rs，当规则网格单元为正方形形时，正方形边长小于等于Rs为参考节点的感知范围。本专利技术还提供了一种无线传感器网络参考节点的调度方法，该调度方法包括以下步骤：1)根据节点通信半径、定位覆盖需求、部署成本和网络连通度确定规则网格单元及其边长最大值，并根据确定的规则网格单元及其边长最大值对定位区域进行划分；2)根据参考节点的定位频次确定各规则网格单元顶点处的需部署的参考节点比例，并按照该比例对参考节点进行部署；3)控制每个顶点处部署的参考节点按照设定优先级顺序进行轮换式调度，使每个顶点处的各参考节点依次处于工作状态。本专利技术还提供了一种无线传感器网络参考节点的调度装置，所述的调度装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本专利技术的无线传感器网络参考节点的调度方法。本专利技术首先根据所选规则网格单元及确定的边长最大值，对定位区域进行网格划分；然后按照参考节点的定位频次确定各网格顶点处所需部署的参考节点的比例，按照该比例将相应数量的参考节点部署到对应网格顶点处；最后对每个网格顶点处部署的参考节点进行有序调度。本专利技术保证了分区覆盖的前提下，确保了不同顶点处参考节点的能耗均衡，避免了因不同参考节点能耗速率不同而导致有些节点过早死亡问题；同时通过有序调度，实现每个顶点处各参考节点的有序工作，延长了无线传感器网络的寿命。进一步地，为了保证各顶点处部署的参考节点的能耗均衡，所述步骤2)中需部署的参考节点比例下式确定：p(m)为Nm处的参考节点部署个数，p(i)为Ni处的参考节点部署个数，fm为Nm处的参考节点参与定位的频次，fi为Ni处的参考节点参与定位的频次。进一步地，为了实现分组内各参考节点的一次轮换工作，且避免同一组内参考节点同时发送探测消息造成信号冲突，所述步骤3)中每个顶点处部署的参考节点分成一组，同一时刻一组内只有一个参考节点处于工作状态，其余参考节点均为休眠状态，处于休眠状态的参考节点按照设定的时间间隔转为探测状态，并向比其优先级更高一级的参考节点发送探测消息，处于工作状态的参考节点收到探测消息后向该组内所有参考节点发送确认消息，探测状态的各参考节点在收到确认消息后，将重新回到休眠状态，等待下次苏醒。进一步地，为了实现参考节点的有序调度，若设定时间间隔内转为探测状态的各参考节点没有收到所述确认信息，则控制比上次发送确认信息的参考节点低一级的参考节点由探测状态转为工作状态，处于工作状态的参考节点一直工作到能量低于某一设定值为止，此后转为死亡状态。附图说明图1是本专利技术无线传感器网络参考节点的部署方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中采用正三角形网格划分定位区域的示意图；图3是本专利技术实施例中采用正方形网格划分定位区域的示意图；图4是本专利技术实施例中将参考节点部署在正方形网格各顶点处的部署示意图；图5是本专利技术实施例中将参考节点部署在正三角形网格各顶点处的部署示意图；图6是本专利技术无线传感器网络参考节点的调度方法的流程示意图；图7是本专利技术实施例中各网格顶点处分组内参考节点的轮换调度机制示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。部署方法实施例本专利技术根据节点的通信半径和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络参考节点的部署方法，其特征在于，该部署方法包括以下步骤：/n1)根据节点通信半径、定位覆盖需求、部署成本和网络连通度确定规则网格单元及其边长最大值，并根据确定的规则网格单元及其边长最大值对定位区域进行划分；/n2)根据参考节点的定位频次确定各规则网格单元顶点处需部署的参考节点比例，并按照该比例对参考节点进行部署。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络参考节点的部署方法，其特征在于，该部署方法包括以下步骤：
1)根据节点通信半径、定位覆盖需求、部署成本和网络连通度确定规则网格单元及其边长最大值，并根据确定的规则网格单元及其边长最大值对定位区域进行划分；
2)根据参考节点的定位频次确定各规则网格单元顶点处需部署的参考节点比例，并按照该比例对参考节点进行部署。


2.根据权利要求1所述的无线传感器网络参考节点的部署方法，其特征在于，所述步骤2)中需部署的参考节点数比例由下式确定：



p(m)为Nm处的参考节点部署个数，p(i)为Ni处的参考节点部署个数，fm为Nm处的参考节点参与定位的频次，fi为Ni处的参考节点参与定位的频次。


3.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络参考节点的部署方法，其特征在于，所述的规则网格单元为正三角形或正方形。


4.根据权利要求3所述的无线传感器网络参考节点的部署方法，其特征在于，当规则网格单元为正三角形时，正三角形边长小于等于Rs，当规则网格单元为正方形形时，正方形边长小于等于Rs为参考节点的感知范围。


5.一种无线传感器网络参考节点的调度方法，其特征在于，该调度方法包括以下步骤：
1)根据节点通信半径、定位覆盖需求、部署成本和网络连通度确定规则网格单元及其边长最大值，并根据确定的规则网格单元及其边长最大值对定位区域进行划分；
2)根据参考节点的定位频次确定各规则网格单元顶点处的需部署的参考节点比例，并按照该比例对参考节点进行部署；
3)控制每个顶点处部署的参考节点按照设定优先级顺序进行轮换式调度，使每个顶点处的各参考节点依次处于工作状态。


6.根据权利要求5所述的无线传感器网络参考节点的调度方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，刘晓航，赵凯旋，贺智涛，王甲甲，杜壮壮，张亚丹，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41