一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法技術

本發明專利技術公開了一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法，包括如下步驟：步驟S1：測量艦船長帶型艙室的長帶區域的寬度H，給定一個無線傳感器節點，測量節點覆蓋半徑r；步驟S2：將長帶區域沿著平行于長邊方向，等分成k個相等的子長帶區域，每一個子長帶區域的寬度為H/k；步驟S3：在每一個子長帶區域內部署一條節點串；通過上述三個步驟，即獲得艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署拓撲結構，該拓撲稱為k等分拓撲。本發明專利技術的有益效果：通過采用等分節點部署拓撲，使全覆蓋一個長帶區域所需要的節點數量少于常規的其他節點部署方法，包括4圓盤交疊部署法和3圓盤交疊部署法、正六邊形部署法以及正方形部署法、規則三角形部署法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于艦船電子信息領域，具體涉及一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法。
技術介紹
艦船無線傳感網絡是一門新興的綜合類艦船總體技術，該技術的內涵是研究運用先進的微電機系統技術、集成電路技術以及無線通信技術，在艦船內部環境部署大量的具備數據處理和通信能力的微型傳感器節點，通過無線通信方式形成協作分布式無線網絡系統。在艦船無線傳感網絡中，任意一個無線節點，都能夠用其傳感器探測感知到某一距離內的監測對象的物理信息，該距離被稱之為感知(覆蓋)距離。如何通過對無線節點的部署完成對艦船內部艙室區域的檢測，這就是艦船無線傳感器網絡覆蓋問題。網絡覆蓋直接影響艦船目標區域被無線傳感器網絡監測的性能，是無線傳感器網絡服務質量的度量。一般來說，為了提高網絡可靠性，增強無線傳感器網絡對于目標區域的監測質量，通常將無線網絡節點大規模、高密度地部署在目標區域內，這樣的部署會導致網絡中大量節點的覆蓋區域相互重疊造成了覆蓋冗余。這種覆蓋冗余會直接導致采集、傳輸數據的冗余，從而導致不必要的能量開銷。如果能在無線傳感器網絡部署初期，就能根據目標區域的拓撲形狀確定無線節點的位置，則可大大減少所需要的節點數量，降低節點密度、降低覆蓋冗余、延長網絡生存時間。因此，覆蓋問題正是無線網絡中最基本最重要的問題。針對無線傳感器網絡覆蓋問題，一個眾所周知的結論是，當需要全覆蓋一個很大的區域時，規則三角形部署(regulartriangular-latticepattern)方法可以獲得最小的節點密度。在這種部署方法中，每一個圓盤會與其他6個相鄰的圓盤相互重疊，任意三個相鄰的圓心構成一個正三角形，任意一對相鄰圓心之間距離為其中r是覆蓋圓盤的半徑。上述提到的研究在設計節點部署時，假設整個場景非常大，沒有邊界。然而，在艦船實際情況下，節點需要被部署在一個有邊界的封閉區域內。艦船長帶型艙室區域存在左右兩條艙壁，由于邊艙壁的存在，勢必使得節點部署受到影響。此外，長帶區域的“長”、“窄”特性也和一般區域有所區別。由于這一特性，節點部署往往需要遵循“條狀”拓撲，無法將適用于大范圍區域的節點部署方法直接用于長帶區域。因此在艦船長帶型艙室區域中放置節點以保證全覆蓋是一個全新的研究問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，針對現有艦船長帶型艙室區域無線節點部署存在的上述不足，提供一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法，該拓撲所需要的節點數量明顯小于現有可以實現艦船長帶型艙室全覆蓋的節點拓撲所需的節點數量。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法，包括如下步驟：步驟S1：測量艦船長帶型艙室的長帶區域的寬度H，給定一個無線傳感器節點，測量節點覆蓋半徑r，設定一未知數k，k為整數，根據下式計算獲得k的取值；步驟S2：將長帶區域沿著平行于其較長的邊的方向，等分成k個相等的子長帶區域，每一個子長帶區域的寬度為H/k；步驟S3：在每一個子長帶區域內部署一條節點串，相鄰兩條節點串的串節點距離為通過上述三個步驟，即獲得艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署拓撲結構，該拓撲稱為k等分拓撲。按上述方案，所述節點串是一串圓心沿著一條直線排列、有著相同節點覆蓋半徑r的節點(圓盤)構成的節點串，任意兩個相鄰的節點的圓心距離為d(d也稱為串圓心距離)，其中0<d<2r，該直線稱為串中線。本專利技術的工作原理：該拓撲主要由若干串節點串實現，一行節點串能覆蓋的矩形最大面積與串中節點距離有關，加大節點距離則能覆蓋的矩形區域寬度會變小，但是相同長帶距離情況下一行中的節點數量會減少；反之，減少節點距離則能覆蓋的矩形區域寬度會增大，但是相同長帶距離情況下需要的節點數量會增加。于是，將整個長帶區域劃分為若干子區域，每一個區域均考慮使用一行節點串提供覆蓋。通過選取適當的相鄰節點距離值，則可在節點串所覆蓋的矩形寬度與節點的數量上獲得一個最優匹配，從而在使用較少數量節點的情況下保證對帶狀區域的全覆蓋。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：通過采用等分節點部署拓撲，使全覆蓋一個長帶區域所需要的節點數量少于常規的其他節點部署方法，包括4圓盤交疊部署法和3圓盤交疊部署法、正六邊形部署法以及正方形部署法、規則三角形部署法等。附圖說明圖1為一條(d,r)-串(即節點串)的示意圖；圖2為非等分節點部署拓撲的示意圖；圖3為本專利技術實施例采用2等分節點部署拓撲的示意圖；圖4為現有4圓盤交疊部署法的示意圖；圖5為現有3圓盤交疊部署法的示意圖；圖6為現有規則正六邊形部署法的示意圖；圖7為現有規則正方形部署法的示意圖；圖8為本專利技術等分部署法以及其他現有節點部署方法需要的節點數量比較圖。具體實施方式下面結合附圖和實例對本專利技術技術方案進行詳細的描述。首先給出如下定義和引理：定義1：(d,r)-串是一串圓心沿著一條直線排列、有著相同半徑r的圓盤串，其中任意兩個相鄰的圓盤的圓心距離為d，其中0<d<2r。如附圖1所示。其中，這條直線被稱為串中線，d被稱為串圓心距離。注意到如果d＝0，則所有的節點會交疊在一起，只能覆蓋一個圓的范圍。此外，要求d<2r以保證兩個相鄰的圓盤相互有2個交點。顯然，一個(d,r)-串的最大有效覆蓋區域應該取決于該(d,r)-串的關鍵寬度，也就是兩個相鄰的圓盤的兩個交點之間的距離。關鍵寬度h通過下式計算：定義2：給定一個寬度為H的長帶區域，使用k-1條平行于其長邊的直線將該長帶區域劃分為k個相等的子帶狀區域，并在每一個子帶狀區域放置一個(d,r)-串，使得其串中線正好與子帶狀區域的中分線重合，并且令串節點距離為定義3：給定一個需要被節點覆蓋的區域，節點密度指單位面積中節點的數量。引理1：給定一個長為D，寬為H<2r的帶狀區域，如果只有1行(d,r)-串被用來覆蓋這個帶狀區域，則放置節點串，使得串中線與帶狀區域的中分線重合，并令串節點距離為使用這種方法可以完全覆蓋該帶狀區域，并可以使所需要的節點數量最小化。引理2：給定一個寬度為H<2kr的帶狀區域，如果該區域被劃分為k條子帶狀區域，并且每一個子帶狀區域均被一條(d,r)-串全覆蓋，則使用等分放置法，并令串節點距離為此時全覆蓋整個帶狀區域所需要的節點數最小。k＝2時的2等分節點部署拓撲結構如圖3所示。引理3：給定一個長帶區域，當其寬度H滿足條件時，將該長帶型區域沿平行于長邊方向等分為k個子帶形區域，在每一個子帶形區域內部署一條節點串，使得該節點串的串中線與子帶形區域中線重合，串節點距離為稱該拓撲為k等分拓撲。上述拓撲實現長帶區域全覆蓋需要的節點數量一定不多于其它采用m等分(例≠k)拓撲實現長帶區域全覆蓋需要的節點數量。引理4：采用k等分拓撲實現長帶區域全覆蓋需要的節點數量一定不多于其它采用非等分拓撲(如圖2所示)實現長帶區域全覆蓋需要的節點數量。結論：針對艦船長帶型艙室區域，當其寬度H滿足條件時，采用k等分節點部署拓撲全覆蓋優于其它部分已知節點拓撲。根據上述定義和引理和結論，本專利技術實施例中艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署拓撲的方法，包括如下步驟：步驟S1：測量艦船長帶型艙室的長帶區域的寬度H，給定一個無線傳感器節點，測量節點覆蓋半徑r，設定一未知數k，k為整數，根據下式計算獲得k的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟S1：測量艦船長帶型艙室的長帶區域的寬度H，給定一個無線傳感器節點，測量節點覆蓋半徑r，設定一未知數k，k為整數，根據下式-2k+2k21-2k+2k2r≤H≤2k+2k21+2k+2k2r]]>計算獲得k的取值；步驟S2：將長帶區域沿著平行于其較長的邊的方向，等分成k個相等的子長帶區域，每一個子長帶區域的寬度為H/k；步驟S3：在每一個子長帶區域內部署一條節點串，相鄰兩條節點串的串節點距離為通過上述三個步驟，即獲得艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署拓撲結構，該拓撲稱為k等分拓撲。

【技術特征摘要】
1.一種艦船長帶型艙室無線傳感器節點部署方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟S1：測量艦船長帶型艙室的長帶區域的寬度H，給定一個無線傳感器節點，測量節點覆蓋半徑r，設定一未知數k，k為整數，根據下式-2k+2k21-2k+2k2r≤H≤2k+2k21+2k+2k2r]]>計算獲得k的取值；步驟S2：將長帶區域沿著平行于其較長的邊的方向，等分成k個相等的子長帶區域，每一個子長帶區域的寬度為H...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐涵，
申請(專利權)人：中國艦船研究設計中心，
類型：發明
國別省市：湖北;42