一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统，以截角八面体作为填充子单元对目标空间进行填充，在任意两个相邻截角八面体的每一个重叠顶点处均布置一个传感器节点，并在所有截角八面体上除重叠顶点之外的每一个顶点处均部署一个节点，再以感知半径作为覆盖半径，并根据所有节点的覆盖半径判断目标空间是否被k覆盖，若目标空间未被k覆盖，则在截角八面体的内部逐个递增部署节点，在目标空间被k覆盖后，则根据节点的感知贡献和决定参数对部分节点进行休眠，并采用改进的人工蜂群唤醒算法进行分阶段唤醒，从而能够在保证目标空间被k覆盖的同时，还能通过对所有节点进行休眠和唤醒以减少节点的能量消耗，提高节点的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统
本专利技术涉及无线传感器网络
，特别是涉及一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统。
技术介绍
节点部署在无线传感器网络(WSNs)中是十分重要的一环，拥有不可替代的作用，对于WSNs中的能量问题，路径寻优问题以及定位问题等均有重要的影响。如何能在保证网络覆盖以及提高网络连通容错率的同时延长网络的使用寿命在现阶段受到了很多研究者的关注。目前，有些研究者采用了一种基于方向梯度的三维表面覆盖连通方法，但其由于前提环境的设置，只针对三维环境下的表面进行了覆盖。有些研究者采用了一种基于网格的分布式能量有效k覆盖多连通部署算法，该算法考虑了节点在分布式部署情况下的通信半径问题，但并未应用在三维场景下，且在实际应用中仍然存在一定的局限。因此，亟需一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统，能够实现三维空间的k覆盖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维无线传感器网络覆盖方法及系统，能够实现三维空间的k覆盖，并在保证k覆盖的前提下，对工作中的传感器节点进行协调以减少节点的能量消耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n将目标空间划分为多层，以截角八面体作为填充子单元对所述目标空间的每一层进行填充；所述目标空间为水下的立方体区域；所述截角八面体是正八面体截去六个顶角后所得到的；/n在任意两个相邻截角八面体的每一个重叠顶点处均布置一个传感器节点，并在所有所述截角八面体上除所述重叠顶点之外的每一个顶点处均部署一个所述节点；每一个所述节点的感知半径均相同；/n以所述感知半径作为覆盖半径，根据所有所述节点的覆盖半径判断所述目标空间是否被k覆盖，得到第一判断结果；/n若所述第一判断结果为否，则在所述截角八面体的内部逐个递增部署所述节点，直至所述目...

【技术特征摘要】
1.一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将目标空间划分为多层，以截角八面体作为填充子单元对所述目标空间的每一层进行填充；所述目标空间为水下的立方体区域；所述截角八面体是正八面体截去六个顶角后所得到的；
在任意两个相邻截角八面体的每一个重叠顶点处均布置一个传感器节点，并在所有所述截角八面体上除所述重叠顶点之外的每一个顶点处均部署一个所述节点；每一个所述节点的感知半径均相同；
以所述感知半径作为覆盖半径，根据所有所述节点的覆盖半径判断所述目标空间是否被k覆盖，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为否，则在所述截角八面体的内部逐个递增部署所述节点，直至所述目标空间被k覆盖；
若所述第一判断结果为是，则根据所述节点的感知贡献和决定参数对部分所述节点进行休眠，并采用改进的人工蜂群唤醒算法进行分阶段唤醒。


2.如权利要求1所述的一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，在所述以截角八面体作为填充子单元对所述目标空间的每一层进行填充之前，所述覆盖方法还包括：
根据所述目标空间的边长和所述节点的感知半径确定所述目标空间中每个维度所需填充子单元的个数；
根据所述目标空间中每个维度所需填充子单元的个数确定所述目标空间所需的填充子单元的总个数；
根据所述目标空间所需的填充子单元的总个数，以截角八面体作为填充子单元对所述目标空间的每一层进行填充。


3.如权利要求1所述的一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述以所述感知半径作为覆盖半径，根据所有所述节点的覆盖半径判断所述目标空间是否被k覆盖具体包括：
以任意长度作为预设长度对所述目标空间进行网格划分，得到由多立方体网格单元组成的离散目标空间；
根据所述离散目标空间确定所有网格点的位置；所述网格点为两相邻所述网格单元相重叠的点；
以所述感知半径作为覆盖半径，根据所有所述节点的覆盖半径判断每一所述网格点是否均被k覆盖，得到第二判断结果；
根据所述第二判断结果判断所述目标空间是否被k覆盖；所有所述网格点均被k覆盖时，所述目标空间被k覆盖。


4.如权利要求3所述的一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述根据所述节点的感知贡献和决定参数对部分所述节点进行休眠具体包括：
将所述目标空间划分为多层，每一个所述节点均为工作节点；
计算每一个所述网格点的合作感知强度；所述合作感知强度为感知范围包括所述网格点的多个第一节点对所述网格点的感知强度之和；所述感知强度为所述第一节点对所述网格点产生的感知大小；
根据所有所述网格点的合作感知强度计算每一个所述节点的感知贡献；
根据所述网格点的合作感知强度判断所述节点是否为冗余节点，若所述节点为冗余节点，则将所述节点的决定参数置为1，否则，将所述节点的决定参数置为0，得到所有所述节点的决定参数；
对于每一层，选取这一层内除处于所述截角八面体顶点位置的节点之外的决定参数为1且感知贡献最小的节点进行休眠，对部分所述节点进行休眠，得到休眠节点。


5.如权利要求4所述的一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述根据所述网格点的合作感知强度判断所述节点是否为冗余节点具体包括：
在多个所述第一节点中任意选取一个第二节点，计算除所述第二节点之外的其他所述第一节点对所述网格点的感知强度之和，得到所述网格点的部分合作感知强度；
判断所述部分合作感知强度是否大于预设感知阈值的k倍，若是，则所述第二节点为冗余节点；若否，则所述第二节点不是冗余节点。


6.如权利要求1所述的一种三维无线传感器网络覆盖方法，其特征在于，所述采用改进的人工蜂群唤醒算法进行分阶段唤醒具体包括：
对所有所述节点的能量进行相同的划分，得到所述节点所处的N个阶段；
对于每一个所述节点，判断当前阶段所述节点的能量是否小于预设能量阈值，若是，则令所述节点休眠，得到休眠节点；
采用改进的人工蜂群唤醒算法在所有所述休眠节点中选取一个节点进行唤醒，得到工作节点；
以所述感知半径作为覆盖半径，根据所有所述工作节点的覆盖半径判断所述目标空间是否被k覆盖，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果为是...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙爱晶，朱鑫鑫，李益佳，王国庆，魏帆，高强，
申请(专利权)人：西安邮电大学，西安碧海蓝天电子信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61