基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105392146A(43)申请公布日2016.03.09(21)申请号201510690095.9(22)申请日2015.10.22(71)申请人桂林理工大学地址541004广西壮族自治区桂林市建干路12号(72)发明人神显豪李军(74)专利代理机构北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司11385代理人董芙蓉(51)Int.Cl.H04W16/18(2009.01)H04W16/26(2009.01)H04W24/02(2009.01)H04W84/18(2009.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法(57)摘要本发明公开了基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法，将传感器节点随机部署在目标区域中，并进行Delaunay三角形剖分；做出每个Delaunay三角形的外接圆，用能够包含覆盖盲区的最小多边形的方法，表示出覆盖盲区边界；对边界节点进行假边界节点的判定，去掉假边界节点之后，再次用能够包含覆盖盲区的最小多边形方法，表示出改善后的覆盖盲区边界；利用坡度和坡向角算出实际探测半径，最后使用检测算法算出修正后的覆盖盲区边界。本发明的有益效果是检测覆盖盲区的算法能很好地运用在起伏较大的地形表面。CN105392146ACN105392146A权利要求书1/2页1.基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：将N个传感器节点随机部署在目标区域中，对每个节点的中心点进行Delaunay三角形剖分；步骤2：做出每个Delaunay三角形的外接圆，比较节点半径和外接圆半径，如果R>r，那么肯定存在覆盖盲区，保存这个Delaunay三角形和外接圆，否则去掉外接圆，传感器节点半径为r，每个外接圆的半径为R；步骤3：计算剩余两个相邻三角形的公共边长d，如果d>2r，或者公共边不与两个三角形外接圆的中心连线相交，那么对这些三角形进行聚类分组得到边界节点，每个聚类分组都会存在覆盖盲区；步骤4：对每个聚类分组中的传感器节点中心点，用能够包含覆盖盲区的最小多边形的方法，表示出覆盖盲区边界；步骤5：对边界节点进行假边界节点的判定，去掉假边界节点之后，再次用能够包含覆盖盲区的最小多边形方法，表示出改善后的覆盖盲区边界；步骤6：由于三维起伏地形的缺陷，传感器节点随机部署在目标区域的实际覆盖面积会变小，经过地形修正的传感器节点的二维覆盖区域为椭圆，利用坡度和坡向角算出实际探测半径，最后使用检测算法算出修正后的覆盖盲区边界。2.按照权利要求1所述基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法，其特征在于：所述步骤1中传感器节点随机部署在目标区域中的方法，目标区域表示为一个单值函数z＝h(x，y)，每个传感器的感知半径r都相同，感知区域形成了一个在三维空间中以为传感器位置为中心，r为半径的球体。3.按照权利要求1所述基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法，其特征在于：所述步骤6中实际探测半径的计算方法在曲面z＝h(x，y)上，对于点P(x，y)方向梯度为：其中和分别为x和y方向的偏导数，i和j为单位矢量，方向梯度的模为坡度；点P沿着β方向的坡度G为：G＝Scosββ是坡向，由于三维地形的起伏缺陷，传感器节点沿β方向的实际探测半径r’与理想探测半径r的关系表示为：r'＝rcosγ实际探测半径r’与坡度S和坡向角β的关系为：r'＝rcos(arctan(Scosβ))。4.按照权利要求1所述基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法，其特征在于：所述步骤6中修正方法为沿着坡向方向，节点相交的两条等高线之间的差值为高度差△h，相2CN105392146A权利要求书2/2页交的两条等高线之间的距离为△d，坡度S表示为：计算出三维地形下每个传感器节点在二维平面上的椭圆投影。3CN105392146A说明书1/7页基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法技术领域[0001]本发明属于无线测量技术领域，涉及基于三维地形修正的WSN覆盖盲区检测方法。背景技术[0002]无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由大量廉价的微型传感器节点随机部署在某一需要监测的区域，通过无线通信的方式自组织而形成的网络系统。覆盖性能是衡量WSN服务质量的关键指标，不断改进和提高覆盖性能成为近年来研究的主要热点，覆盖盲区(或空洞)的修复是其中的一个重要研究内容。在目标区域中，传感器节点采用随机部署，导致部分监测区域没有传感器节点，从而出现覆盖盲区，严重影响网络的性能。另外，随着网络的运行，传感器节点的能量耗尽也会导致覆盖盲区的形成。因此，当网络中出现覆盖盲区时，应该立即被检测到，维持WSN的完整性和可靠性。[0003