專利名稱：基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的wsn覆蓋盲區(qū)檢測與填補(bǔ)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋盲區(qū)的方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)新興的多元化技術(shù)，涉及無線傳感器技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)， 微電子技術(shù)，分布式信息處理與嵌入式計(jì)算技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，能夠檢測、感知和采集網(wǎng) 絡(luò)區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，并對這些信息加以處理和傳輸，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的檢 測與跟蹤。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛的應(yīng)用于軍事、環(huán)境、健康、家庭和其他商業(yè)領(lǐng)域，尤其在空 間探索和災(zāi)害監(jiān)測等特殊的領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢，顯示出巨大的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)有均有各自的檢測半徑和通信半徑。節(jié)點(diǎn)可 以檢測到感知半徑以內(nèi)區(qū)域的信息數(shù)據(jù)；可以與通信半徑以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信.區(qū)域中的 每個(gè)節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過本地處理，融合等過程，以多跳的方式將數(shù)據(jù)信息傳送 到sink節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中通常存在的無法被任何傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到的區(qū)域即為覆蓋盲區(qū)，覆蓋 盲區(qū)的產(chǎn)生可由節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)部署造成部分區(qū)域分布過于稀疏所致，也可由部分節(jié)點(diǎn)能量耗 盡或者節(jié)點(diǎn)失效所致。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋模型中常用的模型有布爾傳感模型(Booleansensing model)和一般傳感模型(General sensing model)，為了簡化問題，本發(fā)明使用布爾傳感模型。在布爾傳感模型中，所有相同規(guī)格的節(jié)點(diǎn)擁有相同的感知范圍r，在感知范圍以內(nèi) 發(fā)生的事件能被檢測到，在感知范圍以外的時(shí)間無法被檢測到。設(shè)感知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置為P， 時(shí)間發(fā)生位置坐標(biāo)為q，節(jié)點(diǎn)感知半徑為r，則節(jié)點(diǎn)檢測到時(shí)間發(fā)生的機(jī)率Pi為^=I1 1Γ Τ ⑴
I0 \\p-€>r其中I I I I2表示兩點(diǎn)之間的歐幾里德距離。覆蓋的精確定義是在二維平面R2上，傳感器節(jié)ASi的覆蓋范圍是以節(jié)點(diǎn)為圓心， 半徑等于感知半徑ri的一個(gè)圓形區(qū)域，這個(gè)圓形區(qū)域也是該傳感器節(jié)點(diǎn)的感知圓盤。用符 號31表示，Si= {p GR2 |d (p, Si)彡rj，其中d表示兩節(jié)點(diǎn)間的歐氏距離。整個(gè)傳感器網(wǎng) 絡(luò)的覆蓋范圍C是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)感知圓盤的并集，即C = U ie[1,n]Si。在布爾傳感模型 中，點(diǎn)P被節(jié)點(diǎn)Si覆蓋等價(jià)于d(p，Si) Sri,目標(biāo)區(qū)域R被傳感器網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋，等價(jià)于R 中每個(gè)點(diǎn)至少被一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)感知圓盤覆蓋。而覆蓋盲區(qū)即是指那些沒有被任何一個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)感知圓盤覆蓋到的區(qū)域。覆蓋盲區(qū)的存在導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息檢測失效，通信鏈路中斷，網(wǎng)絡(luò)中遺留 大量未被充分利用的能量資源。及時(shí)發(fā)現(xiàn)并彌補(bǔ)覆蓋盲區(qū)可以確保信息可監(jiān)測，通信鏈路 通暢，提高網(wǎng)絡(luò)的感知，通信等服務(wù)質(zhì)量。是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)研究問題。在典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，覆蓋盲區(qū)檢測和填補(bǔ)問題可以描述為目標(biāo)區(qū)域內(nèi) 隨機(jī)密集部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，給出檢測出區(qū)域內(nèi)部及區(qū)域邊界所有覆蓋盲區(qū)的方法，定位覆蓋盲區(qū)位置并給出填補(bǔ)方案。整個(gè)檢測和填補(bǔ)過程注意節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)的檢測與填補(bǔ)問題的解決方法包括以下幾種文 獻(xiàn)(Jinko Kanno, Jack G. Buchart, Rastko R. Selmic, and Vir Phoha.Detecting Coverage Holes in Wireless Sensor Networks[J]. 17th MediterraneanConference on Control and Automation, 2009 :452-457)中提出了一 種應(yīng)用代數(shù)拓?fù)錁?gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信拓?fù)鋱D的方法檢測覆蓋盲區(qū)，這種方法 可應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)未知的網(wǎng)絡(luò)中；文獻(xiàn)(Amitabha Ghosh. Estimating Coverage Holes andEnhancing Coverage in Mixed Sensor Networks[J]. Local Computernetworks,2004 68-76)針對移動節(jié)點(diǎn)與固定節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布的混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出一種協(xié)同算法，算 法應(yīng)用Voronoi圖相關(guān)性質(zhì)，可以檢測出盲區(qū)與冗余移動節(jié)點(diǎn)數(shù)量并引導(dǎo)移動節(jié)點(diǎn)移動到 最優(yōu)填補(bǔ)位置；文獻(xiàn)(Sahoo, P. K.，Jang-ZernTsai，Hong-Lin Ke. Vector Method based Coverage Hole Recovery in WirelessSensor Networks[J]. Communication Systems and Networks, 2010 1-9)中設(shè)計(jì)了一種彌補(bǔ)盲區(qū)的協(xié)議，應(yīng)用向量代數(shù)決定移動節(jié)點(diǎn)的移動 速度和方向。仿真結(jié)果表明應(yīng)用此協(xié)議移動節(jié)點(diǎn)可以在其通信范圍以內(nèi)彌補(bǔ)覆蓋盲區(qū)；文 獻(xiàn)(MohamedK. Watfa, Sesh Commuri. Energy-Efficient Approaches to Coverage Holes Detectionin Wireless Sensor Networks[J]. Computer Aided Control System Design， 2006IEEE :131-136)證明了覆蓋盲區(qū)的邊界是由傳感器節(jié)點(diǎn)感知圓盤構(gòu)成的，并給出一種 分布式算法，算法可以找出盲區(qū)邊界的所有傳感器節(jié)點(diǎn)及盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，從而定位覆蓋盲 區(qū)位置。本發(fā)明著眼于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中檢測出區(qū)域內(nèi)所有的覆蓋盲區(qū)，根據(jù)文獻(xiàn) (Mohamed K. Watfa, Sesh Commuri. Energy-Efficient Approaches to CoverageHoles Detection in Wireless Sensor Networks[J]. Computer Aided Control SystemDesign, 2006 IEEE :131-136)中證明的覆蓋盲區(qū)邊界是由盲區(qū)邊界傳感器節(jié)點(diǎn)的部分感知圓盤 (即盲區(qū)邊界弧)構(gòu)成的性質(zhì)，提出一種檢測出所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)而由此定位覆蓋盲區(qū) 的方法。盲區(qū)的彌補(bǔ)可以通過人工部署新節(jié)點(diǎn)或者移動鄰近的冗余移動節(jié)點(diǎn)等方式完成。 本方法同時(shí)可以判斷覆蓋盲區(qū)是否處于區(qū)域邊界并找出對應(yīng)的區(qū)域邊界節(jié)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種檢測并填補(bǔ)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中覆蓋 盲區(qū)的新方法，以解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中覆蓋盲區(qū)檢測與填補(bǔ)問題。本發(fā)明的具體措施為一種基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)檢測與填補(bǔ)方法，該方法如 下A、覆蓋盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的參數(shù)定義和建模；B、單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)；C、區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)。進(jìn)一步，所述覆蓋盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的參數(shù)定義和建模包括以下內(nèi)容Al、覆蓋鄰域的定義以及相關(guān)結(jié)論；A2、盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)、盲區(qū)方向角、盲區(qū)頂點(diǎn)、盲區(qū)邊界弧的定義和計(jì)算。
進(jìn)一步，所述的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)、盲區(qū)方向角、盲區(qū)頂點(diǎn)、盲區(qū)邊界弧的定義如下A21、定義覆蓋鄰域內(nèi)存在覆蓋盲區(qū)的節(jié)點(diǎn)為盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)；A22、定義覆蓋鄰域內(nèi)沒有被其他節(jié)點(diǎn)感知圓盤覆蓋到的角度范圍為該節(jié)點(diǎn)的盲 區(qū)方向角；A23、定義盲區(qū)方向角所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)感知圓盤為盲區(qū)邊界??；A24、定義盲區(qū)邊界弧的兩個(gè)端點(diǎn)為盲區(qū)頂點(diǎn)。進(jìn)一步，所述單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)包括以下步驟Bi、計(jì)算盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的盲區(qū)方向角和盲區(qū)頂點(diǎn)；B2、檢測盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋領(lǐng)域內(nèi)的覆蓋盲區(qū)；B3、填補(bǔ)已檢測出的覆蓋盲區(qū)。進(jìn)一步，所述的檢測盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的覆蓋盲區(qū)的方法包括以下步驟B21、節(jié)點(diǎn)廣播鄰節(jié)點(diǎn)檢測信息MD，登記發(fā)回反饋信息MF的節(jié)點(diǎn)及相關(guān)數(shù)據(jù)；B22、根據(jù)反饋信息計(jì)算出所有盲區(qū)方向角并確定盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，向其中一個(gè)盲區(qū) 邊界節(jié)點(diǎn)發(fā)送繼續(xù)查找盲區(qū)信息MC ；B23、接收到繼續(xù)查找盲區(qū)信息MC的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)按步驟B22繼續(xù)查找對應(yīng)該盲 區(qū)的下一跳盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述步驟知道找出對應(yīng)該盲區(qū)的所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，記錄 盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，盲區(qū)方向角和盲區(qū)頂點(diǎn)坐標(biāo)；B24、按照步驟B23檢測對應(yīng)其他盲區(qū)方向角的覆蓋盲區(qū)，進(jìn)而找到盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn) 覆蓋鄰域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)。進(jìn)一步，所述填補(bǔ)已檢測出的覆蓋盲區(qū)的方法包括以下步驟B31、根據(jù)對應(yīng)盲區(qū)方向角最小值的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)及盲區(qū)頂點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算第一個(gè) 盲區(qū)填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的位置；B32、第一個(gè)填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)到位后繼續(xù)執(zhí)行步驟B31填補(bǔ)余下的覆蓋盲區(qū)，知道覆蓋盲 區(qū)被完全填補(bǔ)為止。進(jìn)一步，所述區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)方法包括以下步驟Cl、找出所與盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)；C2、記錄所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全部盲區(qū)邊界??；C3、從任一盲區(qū)邊界弧出發(fā)，查找其鄰接盲區(qū)邊界弧，直到找到最后一個(gè)盲區(qū)弧中 兩位字母與始發(fā)弧的前兩位字母相同。記錄所有盲區(qū)邊界弧，這些盲區(qū)邊界弧構(gòu)成了第一 個(gè)內(nèi)部覆蓋盲區(qū)的全部邊界；C4、在余下的盲區(qū)邊界弧中執(zhí)行步驟C3，直到找到所有的內(nèi)部盲區(qū)及其對應(yīng)的盲 區(qū)邊界弧；C5、余下的無法首尾相接的剩余盲區(qū)邊界弧不能構(gòu)成區(qū)域內(nèi)部盲區(qū)，而是構(gòu)成區(qū) 域邊界開放盲區(qū)。1.盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)模型的相關(guān)參數(shù)定義和建模(1)覆蓋鄰域的定義與結(jié)論借鑒數(shù)學(xué)分析中的鄰域定義，本發(fā)明給出一個(gè)覆蓋鄰域的概念，用于判斷節(jié)點(diǎn)周
圍是否存在覆蓋盲區(qū)。定義假設(shè)位于坐標(biāo)ρ的傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑為r，則該節(jié)點(diǎn)所在平面存在區(qū)域S，S內(nèi)任意一點(diǎn)的坐標(biāo)q均滿足r < I I p-q I 12 < r+ δ，δ — 0 (2)(注||p_q| I2表示兩節(jié)點(diǎn)P與q之間的歐氏距離)如圖1所示，則環(huán)形區(qū)域S稱為節(jié)點(diǎn)ρ的覆蓋鄰域。根據(jù)覆蓋鄰域的定義，可以得到如下結(jié)論結(jié)論1 如果節(jié)點(diǎn)ρ的覆蓋鄰域全部被其他節(jié)點(diǎn)的感知圓盤覆蓋，則表示節(jié)點(diǎn)P周 圍沒有覆蓋盲區(qū)；如圖2所示，如果節(jié)點(diǎn)ρ的覆蓋領(lǐng)域存在沒有被覆蓋到的區(qū)域S' ,S'對 應(yīng)圓心的方位角范圍為(θπ θ 2)，則表示節(jié)點(diǎn)在(θ” θ2)方向上有覆蓋盲區(qū)。結(jié)論2 如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的覆蓋鄰域均被其他節(jié)點(diǎn)的感知圓盤所覆蓋， 則表示目標(biāo)區(qū)域被完全覆蓋，沒有盲區(qū)。(2)盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)及相關(guān)變量的定義和建模盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)如果節(jié)點(diǎn)在其覆蓋鄰域內(nèi)存在覆蓋盲區(qū)，則定義為盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)， 圖3中的節(jié)點(diǎn)P就是一個(gè)盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)。盲區(qū)方向角節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)沒有被其他節(jié)點(diǎn)覆蓋到的角度范圍定義為盲區(qū)方向 角，圖3中的角α就是一個(gè)盲區(qū)方向角。盲區(qū)邊界弧盲區(qū)方向角對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)感知圓盤定義為盲區(qū)邊界弧，圖3中弧_ 即為盲區(qū)邊界弧，覆蓋盲區(qū)的邊界是由該盲區(qū)的邊界節(jié)點(diǎn)對應(yīng)盲區(qū)的所有盲區(qū)邊界弧組成 的。盲區(qū)頂點(diǎn)盲區(qū)邊界弧的兩個(gè)端點(diǎn)，也是兩鄰節(jié)點(diǎn)感知圓盤的交點(diǎn)定義為盲區(qū)頂 點(diǎn)，圖3中的點(diǎn)A和B即為盲區(qū)頂點(diǎn)。2.單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)方法可分為首先計(jì)算節(jié)點(diǎn)覆蓋 鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)方向角和盲區(qū)頂點(diǎn)，進(jìn)而找出所有覆蓋盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)并且定位覆蓋盲區(qū)， 最后確定覆蓋盲區(qū)填補(bǔ)坐標(biāo)三個(gè)主要步驟。檢測某個(gè)確定的傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的位于區(qū)域內(nèi)部的覆蓋盲區(qū)的簡要流程 如下首先通過節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到該節(jié)點(diǎn)的盲區(qū)方向角范圍.然后通過廣播節(jié)點(diǎn)檢測信 息找到相鄰盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，并確定此盲區(qū)節(jié)點(diǎn)的盲區(qū)方向角，重復(fù)上述鄰節(jié)點(diǎn)檢測和盲區(qū) 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的步驟直至找出對應(yīng)此盲區(qū)的所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，覆蓋盲區(qū)范圍即所有盲區(qū)邊界 節(jié)點(diǎn)感知圓盤(盲區(qū)邊界弧)所圍成的內(nèi)部區(qū)域，檢測出完整的覆蓋盲區(qū)后，找到對應(yīng)最小 盲區(qū)方向角的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其坐標(biāo)與感知半徑計(jì)算盲區(qū)填補(bǔ)位置坐標(biāo)，重復(fù)此法直 到盲區(qū)被完全填補(bǔ)為止.3.區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)前面介紹了檢測并填補(bǔ)單個(gè)節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的覆蓋盲區(qū)的方法.下面把問題更 進(jìn)一步，給出檢測并填補(bǔ)區(qū)域中所有覆蓋盲區(qū)的方法，方法的主要步驟如下確定所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)通過前文提到的方法，所有節(jié)點(diǎn)首先確認(rèn)其周圍是否存在盲區(qū)(不考慮覆蓋區(qū)域 的邊界)，存在盲區(qū)的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)集。(1)記錄所有盲區(qū)邊界弧找出所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的全部盲區(qū)邊界弧。(2)由盲區(qū)邊界弧找出所有盲區(qū)
由于覆蓋盲區(qū)邊界完全是由其邊界節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的盲區(qū)邊界弧圍成的，所以找出構(gòu)成 盲區(qū)的所有盲區(qū)邊界弧也就實(shí)現(xiàn)了對盲區(qū)的定位.從任一節(jié)點(diǎn)的盲區(qū)邊界弧出發(fā)，找尋構(gòu) 成盲區(qū)的鄰接盲區(qū)邊界弧，直到找到最后一個(gè)盲區(qū)弧中兩位字母與出發(fā)節(jié)點(diǎn)A的前兩位字 母相同。記錄所有盲區(qū)弧，這些盲區(qū)弧構(gòu)成了覆蓋盲區(qū)的全部邊界。檢測出第一個(gè)盲區(qū)后，從剩余的所有盲區(qū)邊界弧中任意選取一個(gè)作為出發(fā)弧，執(zhí) 行上面的步驟，一直重復(fù)這樣的循環(huán)直到找到所有的覆蓋盲區(qū)及其對應(yīng)的盲區(qū)邊界弧。如果表中出現(xiàn)無法首尾相接的剩余盲區(qū)弧，說明由這些盲區(qū)弧作為邊界的覆蓋盲 區(qū)是邊界開放盲區(qū)而不是內(nèi)部封閉盲區(qū)。用這種方法，可以方便的判斷出區(qū)域中的覆蓋盲 區(qū)是否處于區(qū)域內(nèi)部。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下引入盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)和盲區(qū)邊界弧的概念來檢測并表示覆蓋盲 區(qū)，根據(jù)盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)與盲區(qū)邊界弧的數(shù)值來確定區(qū)域內(nèi)部覆蓋盲區(qū)的填補(bǔ)位置，填補(bǔ)過 程中兼顧節(jié)能問題.本發(fā)明給出的算法還可以判斷出檢測出的覆蓋盲區(qū)是否位于區(qū)域邊 界。


圖1為節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域的示意圖；圖2為節(jié)點(diǎn)盲區(qū)方向的示意圖；圖3為盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，盲區(qū)方向角，盲區(qū)邊界弧，盲區(qū)頂點(diǎn)的示意圖；圖4為節(jié)點(diǎn)A覆蓋鄰域內(nèi)盲區(qū)方向角與盲區(qū)邊界弧的計(jì)算示意圖；圖5為節(jié)點(diǎn)A覆蓋鄰域內(nèi)的一個(gè)覆蓋盲區(qū)檢測過程示意圖；圖6(a)為確定覆蓋盲區(qū)第一個(gè)填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的示意圖；圖6(b)為確定好覆蓋盲區(qū)中所有填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的示意圖；圖7為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布圖，共有3個(gè)區(qū)域內(nèi)部覆蓋盲區(qū)；圖8為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布圖，區(qū)域右下方存在位于區(qū)域邊界的開放盲區(qū)；圖9為區(qū)域中覆蓋盲區(qū)數(shù)量與傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)之間的關(guān)系圖；圖10為區(qū)域中節(jié)點(diǎn)總數(shù)與平均每個(gè)覆蓋盲區(qū)對應(yīng)的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系 圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)上文介紹的本發(fā)明的三方面主要內(nèi)容，下文逐一結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)給出其具體實(shí) 施方式。1.盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)模型的相關(guān)參數(shù)計(jì)算如果已知節(jié)點(diǎn)A的周圍存在覆蓋盲區(qū)，如圖4所示，找到A的所有鄰節(jié)點(diǎn)，并根據(jù) 節(jié)點(diǎn)A與其鄰節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)A覆蓋鄰域內(nèi)存在的覆蓋盲區(qū)的盲區(qū)方向角，盲區(qū)邊界 弧和盲區(qū)頂點(diǎn)，具體實(shí)施和計(jì)算方法如下因?yàn)楣?jié)點(diǎn)傳感模型為布爾傳感模型，所以只有傳感器節(jié)點(diǎn)距離節(jié)點(diǎn)A的距離小于 等于2倍感知半徑r時(shí)(區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)同規(guī)格，感知半徑相同)，該節(jié)點(diǎn)的感知圓盤才會 覆蓋到節(jié)點(diǎn)A的覆蓋鄰域。所有與待求盲區(qū)節(jié)點(diǎn)A距離小于2r的節(jié)點(diǎn)組成節(jié)點(diǎn)A的鄰節(jié)點(diǎn)集{B，C，D}。如圖4所示節(jié)點(diǎn)B為節(jié)點(diǎn)A的鄰節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間的距離為cU，節(jié)點(diǎn)A，B的坐標(biāo)分別為UA，yA)， ( ，yB)，節(jié)點(diǎn)A，B的感知半徑均為r ；分別以A，B兩節(jié)點(diǎn)為圓心，感知半徑r為半徑做感知 圓盤，根據(jù)幾何關(guān)系可得B點(diǎn)相對于A點(diǎn)的方向角為
權(quán)利要求
1.一種基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，該方法如下A、覆蓋盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的參數(shù)定義和建模；B、單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)；C、區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，所 述覆蓋盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的參數(shù)定義和建模包括以下內(nèi)容Al、覆蓋鄰域的定義A2、盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)、盲區(qū)方向角、盲區(qū)頂點(diǎn)、盲區(qū)邊界弧的定義；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，所 述的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)、盲區(qū)方向角、盲區(qū)頂點(diǎn)、盲區(qū)邊界弧的定義如下A21、定義覆蓋鄰域內(nèi)存在覆蓋盲區(qū)的節(jié)點(diǎn)為盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)；A22、定義覆蓋鄰域內(nèi)沒有被其他節(jié)點(diǎn)感知圓盤覆蓋到的角度范圍為該節(jié)點(diǎn)的盲區(qū)方 向角；A23、定義盲區(qū)方向角所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)感知圓盤為盲區(qū)邊界??；A24、定義盲區(qū)邊界弧的兩個(gè)端點(diǎn)為盲區(qū)頂點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，所 述單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)包括以下步驟Bi、計(jì)算盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的盲區(qū)方向角和盲區(qū)頂點(diǎn)；B2、檢測盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋領(lǐng)域內(nèi)的覆蓋盲區(qū)；B3、填補(bǔ)已檢測出的覆蓋盲區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，所 述的檢測盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)的覆蓋盲區(qū)的方法包括以下步驟B21、節(jié)點(diǎn)廣播鄰節(jié)點(diǎn)檢測信息MD，登記發(fā)回反饋信息MF的節(jié)點(diǎn)及相關(guān)數(shù)據(jù)；B22、根據(jù)反饋信息計(jì)算出所有盲區(qū)方向角并確定盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，向其中一個(gè)盲區(qū)邊界 節(jié)點(diǎn)發(fā)送繼續(xù)查找盲區(qū)信息MC ；B23、接收到繼續(xù)查找盲區(qū)信息MC的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)按步驟B22繼續(xù)查找對應(yīng)該盲區(qū)的 下一跳盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述步驟知道找出對應(yīng)該盲區(qū)的所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)，記錄盲區(qū) 邊界節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，盲區(qū)方向角和盲區(qū)頂點(diǎn)坐標(biāo)；B24、按照步驟B23檢測對應(yīng)其他盲區(qū)方向角的覆蓋盲區(qū)，進(jìn)而找到盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋 鄰域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征在于，所 述填補(bǔ)已檢測出的覆蓋盲區(qū)的方法包括以下步驟B31、根據(jù)對應(yīng)盲區(qū)方向角最小值的盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)及盲區(qū)頂點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算第一個(gè)盲區(qū) 填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的位置；B32、第一個(gè)填補(bǔ)節(jié)點(diǎn)到位后繼續(xù)執(zhí)行步驟B31填補(bǔ)余下的覆蓋盲區(qū)，知道覆蓋盲區(qū)被 完全填補(bǔ)為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法，其特征還在于， 所述區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)方法包括以下步驟Cl、找出所與盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)；C2、記錄所有盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的全部盲區(qū)邊界??；C3、從任一盲區(qū)邊界弧出發(fā)，查找其鄰接盲區(qū)邊界弧，直到找到最后一個(gè)盲區(qū)弧中兩位 字母與始發(fā)弧的前兩位字母相同；記錄所有盲區(qū)邊界弧，這些盲區(qū)邊界弧構(gòu)成了第一個(gè)內(nèi) 部覆蓋盲區(qū)的全部邊界；C4、在余下的盲區(qū)邊界弧中執(zhí)行步驟C3，直到找到所有的內(nèi)部盲區(qū)及其對應(yīng)的盲區(qū)邊 界??；C5、余下的無法首尾相接的剩余盲區(qū)邊界弧不能構(gòu)成區(qū)域內(nèi)部盲區(qū)，而是構(gòu)成區(qū)域邊 界開放盲區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種基于盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的WSN覆蓋盲區(qū)檢測方法。本發(fā)明包含覆蓋盲區(qū)和盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)定義和建模，單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋鄰域內(nèi)覆蓋盲區(qū)檢測及填補(bǔ)，區(qū)域內(nèi)所有覆蓋盲區(qū)的檢測及填補(bǔ)三方面內(nèi)容。通過查找并計(jì)算盲區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)參數(shù)的方式檢測并填補(bǔ)覆蓋盲區(qū)，整個(gè)檢測和填補(bǔ)過程兼顧節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡，且可以區(qū)分區(qū)域內(nèi)部盲區(qū)和區(qū)域邊界開放盲區(qū).仿真結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明檢測和填補(bǔ)過程的可行性。
文檔編號H04B17/00GK102098692SQ20111007851
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉云, 張振江, 辛躍 申請人:北京交通大學(xué)