农田wsn可再生能源节点部署方法及系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了农田WSN可再生能源节点部署方法，该方法包括：根据网络覆盖性和网络连通性要求确定可再生能源节点的数目；计算每个监测点的数据传输负载，并根据数据传输负载计算出每个监测点的可再生能源位置选定指数；根据选定指数值选择若干个分区基准点，根据分区基准点构建泰森多边形，将整个监测区域分为若干个基准区；确定每个基准区内最优的可再生能源节点部署方案，并根据其确定可再生能源节点的位置。本发明还提供了农田WSN可再生能源节点部署系统，该系统包括数目计算单元、指数计算单元、分区单元及部署单元。本发明在无线传感器网络中部署适当的可再生能源节点，并通过有效部署以减少节点个数，达到降低网络成本的问题。
【专利说明】农田WSN可再生能源节点部署方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络【技术领域】，具体涉及农田WSN可再生能源节点部署方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 在农田环境中进行无线传感器网络（Wireless Sensor Network,简称WSN)监测， 可以实现农田环境的实时监测，能够为农业生产管理提供精确、全面、及时的信息，提高农 业生产效率。但在农田中进行无线传感器节点的布设，相对于无线传感器网络在其他领域 的应用，存在着其自身的特点。首先农田环境监测大都处于偏僻的野外，因此不适于节点的 有线供电；其次农田环境监测的周期与作物生长周期相关，一般会持续较长时间，要求节点 的供电能够满足长时间监测的能量需求；第三，农田环境中存在丰富的可再生能源，通过利 用可再生能源可以为节点提供源源不断的能量；最后农田监测范围广阔，需要布设的节点 较多，而无线传感器网络在农业中的应用对成本比较敏感，更少的节点能带来网络布设成 本的节约。
[0003] 在节点部署方面，已有的节点部署研究主要针对同构节点网络，研究重点关注网 络的能量和覆盖问题。刘卉等在《基于规则网格的农田环境监测传感器节点部署方法》中 提出基于采样间距和节点通信范围进行节点部署，通过比较部署成本、连通性等指标探讨 了最佳规则网格节点部署方案的选取原则，为农田环境监测应用中传感器节点的合理布局 规划提供依据。孙玉文等在《农田无线传感器网络的节点部署仿真与实现》对随机部署、正 六边形部署及正四边形部署方式进行了仿真比较，并在农田中进行实地试验。但上述研究 针对的节点均为电池供电的同构节点，同时没有特别考虑能量受限的问题，而能量问题是 农田无线传感器网络应用的基础。朱路等在"一种面向精准农业的WSN节点部署方法"（CN 103347265 A)中将多个一级固定簇头、多个二级簇头、多个传感器节点和Sink节点组成网 络，其中一级固定簇头属于总线型拓扑结构，依次排列最终与Sink节点相连，每一个固定 簇头和多个二级非固定簇头相连通，一个二级非固定簇头和多个传感器节点相连通，一级 固定簇头和Sink节点采用太阳能供电。此方法在布局过程中未考虑如何最大限度的利用 太阳能节点、控制节点数目、能耗负载均衡的问题，不利于农田无线传感器网络成本控制。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明提供的农田WSN可再生能源节点部署方法及系统， 在无线传感器网络中部署适当的可再生能源节点，并通过有效部署以最大限度地利用可 再生能源节点、控制节点数目和实现能耗负载均衡，达到降低网络成本、延长网络寿命的目 的。
[0005] 第一方面，本发明提供一种农田无线传感器网络WSN可再生能源节点部署方法， 该方法包括：
[0006] 根据网络覆盖性和网络连通性要求确定可再生能源节点的数目；
[0007] 计算网络中每个监测点的数据传输负载，并根据所述数据传输负载计算出每个监 测点的可再生能源位置选定指数；
[0008] 根据所述可再生能源位置选定指数值选择若干个分区基准点，基于所述分区基准 点将整个监测区域分为若干个基准区；
[0009] 确定每个基准区内可再生能源节点备选方案集，并根据备选集对所述基准区监测 点的覆盖情况将基准区分为强覆盖区和弱覆盖区；
[0010] 基于邻居区域间协调互助的原则确定每个基准区内的最优部署方案，并确定可再 生能源节点的位置。
[0011] 优选地，所述根据网络覆盖性和网络连通性要求确定可再生能源节点数目包括：
[0012] 根据网络覆盖性对节点数目的要求，得到节点个数11_为：
[0013]
【权利要求】
1. 一种农田无线传感器网络WSN可再生能源节点部署方法，其特征在于，该方法包括： 根据网络覆盖性和网络连通性要求确定可再生能源节点的数目； 计算网络中每个监测点的数据传输负载，并根据所述数据传输负载计算出每个监测点 的可再生能源位置选定指数； 根据所述可再生能源位置选定指数值选择若干个分区基准点，基于所述分区基准点将 整个监测区域分为若干个基准区； 确定每个基准区内可再生能源节点备选方案集，并根据备选集对所述基准区监测点的 覆盖情况将基准区分为强覆盖区和弱覆盖区； 基于邻居区域间协调互助的原则确定每个基准区内的最优部署方案，并确定可再生能 源节点的位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据网络覆盖性和网络连通性要求 确定可再生能源节点数目包括： 根据网络覆盖性对节点数目的要求，得到节点个数nMV为：
其中，A为监测区域的面积，rs为可再生能源节点的感知半径； 根据网络连通性对节点数目的要求，得到节点个数n_为：
其中，r。为节点通信半径； 取
作为可再生能源节点的数目。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个监测点的数据传输负载由如下 公式得到：
其中，Ei表示节点i的数据传输负载，a表示数据发送耗能系数，0表示数据接收耗 能系数，:r。为节点通信半径，Iiujut表示与汇聚sink节点距离大于di+r。的节点总数，nij4ng 表示在半径为（di-r。，di+r。）的圆环中的监测点总数，Cli表示监测点i和sink节点的距离， gi表示监测点i的节点度，m表示信号消减因子。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每个监测点的可再生能源位置选定 指数由如下公式得到：
其中，Ii表示节点i的可再生能源位置选定指数，0为邻居节点负载系数一，Y为邻 居节点负载系数二，对节点i和其所有邻居节点进行数据传输负载由大到小的排序，Seqi表 示节点i的排序序号，〇为节点i的负载系数。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述可再生能源位置选定指数值选 择若干个分区基准点，基于所述分区基准点将整个监测区域分为若干个基准区，包括： 根据每个监测点的可再生能源位置选定指数值，选择指数值最大的n/2个监测点作为 分区基准点； 根据分区基准点构建泰森多边形，将整个监测区域分为n/2个基准区；其中，n为可再 生能源节点的数目。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于邻居区域间协调互助的原则确 定每个基准区内的最优部署方案包括： 对于部署方案备选集中的元素个数为1的基准区，将其唯一备选方案确定为可再生能 源节点在此基准区的部署方案； 对于部署备选方案集中的元素个数大于1且为弱覆盖区的基准区，判断该基准区的 邻居区域是否存在强覆盖区，若不存在，则随机选取一个部署方案作为最终部署方案，若存 在，则选择远离强覆盖区的部署方案； 对于部署备选方案集中的元素个数大于1且为强覆盖区的基准区，判断该基准区的 邻居区域是否存在弱覆盖区，若不存在，则随机选取一个部署方案作为最终部署方案，若存 在，则选择覆盖弱覆盖区节点数最多的部署方案。
7. -种农田WSN可再生能源节点部署系统，其特征在于，该系统包括： 数目计算单元，用于根据网络覆盖性和网络连通性确定可再生能源节点的数目； 指数计算单元，用于计算网络中每个监测点的数据传输负载，并根据所述数据传输负 载计算出每个监测点的可再生能源位置选定指数； 分区单元，用于根据所述可再生能源位置选定指数值选择若干个分区基准点，根据所 述分区基准点构建泰森多边形，将整个监测区域分为若干个基准区； 区域定义单元，用于确定每个基准区内可再生能源节点备选方案集，并根据备选集对 所述基准区监测点的覆盖情况将基准区分为强覆盖区和弱覆盖区； 部署单元，用于基于邻居区域间协调互助的原则确定每个基准区内的最优部署方案， 并确定可再生能源节点的位置。
【文档编号】H04W16/18GK104244267SQ201410421480
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】吴华瑞, 李飞飞, 黄锋, 朱华吉, 顾静秋, 高荣华, 彭程 申请人:北京农业信息技术研究中心