基于簇首能量差异化的无线传感器网络及部署方法技术

本申请提供了一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络及部署方法，基于簇首能量差异化的无线传感器网络包括：多个分簇，每个分簇中包含多个普通节点和一个簇首节点，普通节点用于感知管廊内的环境参数数据，簇首节点用于采集分簇中普通节点感知的环境参数数据，接收上一簇首节点发送的数据以及将采集和接收的数据进行转发；多个簇首节点中，距离汇聚节点近的簇首节点的电池容量大于距离汇聚节点远的簇首节点的电池容量。通过本申请，簇首节点的电池容量根据簇首节点与汇聚节点间的距离确定，从而可以实现通过合理化设置簇首节点电池容量，使得节点寿命均衡的目的，达到了避免“能量空洞”效应，延长网络生存时间的技术效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
基于簇首能量差异化的无线传感器网络及部署方法


[0001]本申请涉无线传感器网络
，尤其涉及一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络及部署方法。

技术介绍

[0002]无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由大量部署在目标区域内的传感器节点自组织形成的信息监测网络。传感器节点能够感知监测区域内的特定物理信息，通过节点间多跳中继的方式将数据转发到汇聚节点，并由汇聚节点将数据上传到监测平台。无线传感器网络在环境监测方面能够发挥重要作用，因此广泛应用于电力、军事、森林防火等领域。地下综合管廊是指建设于城市地下用于集中敷设电力、通信、给水、排水、热力、燃气等市政管线的综合隧道。地下管廊作为一种新型基础设施，能够有效缓解负载增长对城市规划布线的压力、美化城市景观、减少运维成本、保障城市安全、应对台风等自然灾害对市政管线的破坏，促进城市管网建设与管理升级，有助于城市集约高效和转型发展。管廊巡检与排查需要数字化运维技术支持，由于无线传感器网络具备环境监测方面的技术优势，并且具有低功耗、低成本、高效益的特点，因此成为一种重要的综合管廊监测运维手段。
[0003]无线传感器网络部署区域多为大面积的开放式空间，传感器节点的感知能力与部署位置决定了网络的覆盖质量，以往传感器节点的部署往往采用随机播撒的方式，在窄长空间内部署的传感器网络是一种线型的拓扑结构，传感器节点的通信距离有限，需要通过多跳路由的方式将数据转发到汇聚节点。由于靠近汇聚节点的传感器节点需要频繁进行数据中继转发，容易因能耗过大而提前死亡，产生“能量空洞”，造成网络分割，因此，相关技术中存在无线传感器网络节点覆盖有效性和能量效率不高的问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络及部署方法，以至少解决相关技术中存在无线传感器网络节点覆盖有效性和能量效率不高的问题。
[0005]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络，该无线传感器网络包括：多个分簇，每个所述分簇中包含多个普通节点和一个簇首节点，所述普通节点用于感知管廊内的环境参数数据，所述簇首节点用于采集所述分簇中所述普通节点感知的环境参数数据，接收上一簇首节点发送的数据以及将采集和接收的数据进行转发；多个所述簇首节点中，距离汇聚节点物理距离近的所述簇首节点的电池容量大于距离汇聚节点物理距离远的所述簇首节点的电池容量。
[0006]可选地，所述普通节点在所述管廊两个侧壁中线上按照等腰三角形部署，所述簇首节点在所述管廊顶壁上等间距部署，每个所述分簇为星型的网络拓扑结构。
[0007]可选地，所述簇首节点位于每个所述分簇的中心位置；所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离小于等于所述普通节点的最大通信距离；所述管廊顶壁上的相邻所
述簇首节点间距离小于等于所述簇首节点的最大通信距离；所述簇首节点与所述分簇内所述普通节点的最大距离小于等于所述普通节点的最大通信距离；所述管廊侧壁上不同侧相邻所述普通节点间距离等于感知半径。
[0008]可选地，所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离采用如下公式确定：
[0009][0010]式中，d表示所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离，Rs表示所述普通节点的感知半径，W表示所述管廊的宽。
[0011]可选地，各簇首节点电池容量的关系满足如下公式：
[0012]Ei＝(N
‑
i+1)E
[0013]式中，i表示簇首节点按照与汇聚节点的距离由近及远顺序排序时对应所述簇首节点的序号，Ei表示簇首节点Ci对应的电池容量，N表示所述簇首节点的数量，E表示距离汇聚节点最远的所述簇首节点的电池容量。
[0014]根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络部署方法，无线传感器网络采用本申请实施例第一方面及第一方面任一项所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络进行部署，无线传感器网络中簇首节点电池容量采用如下步骤确定：根据簇首节点接收数据的数据量、发送数据的数据量以及与前一簇首节点间的距离确定所述簇首节点的能耗；根据所述簇首节点的能耗确定所述簇首节点的电池容量。
[0015]根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络部署装置，无线传感器网络采用本申请实施例第一方面及第一方面任一项所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络进行部署，无线传感器网络中簇首节点电池容量采用如下结构确定：第一确定模块，用于根据簇首节点接收数据的数据量、发送数据的数据量以及与前一簇首节点间的距离确定所述簇首节点的能耗；第二确定模块，用于根据所述簇首节点的能耗确定所述簇首节点的电池容量。
[0016]可选地，第一确定模块包括：第一确定单元，用于根据所述簇首节点接收数据的数据量以及能耗系数的乘积确定所述簇首节点的接收能耗；第二确定单元，用于根据所述簇首节点发送数据的数据量以及与前一簇首节点间的距离确定所述簇首节点的发送能耗，所述发送能耗基于自由空间模型确定；第三确定单元，用于根据所述接收能耗和所述发送能耗的和确定所述簇首节点的能耗。
[0017]根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中，存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行上述第一方面以外的任一实施例中的方法步骤。
[0018]根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述第一方面以外任一实施例中的方法步骤。
[0019]在本申请实施例中，采用分簇、差异化簇首能量的方式，通过基于簇首能量差异化的无线传感器网络，根据簇首节点和汇聚节点的距离确定簇首节点的电池容量。由于无线传感器网络考虑了管廊环境的特征，并且簇首节点的电池容量根据簇首节点与汇聚节点间
的距离确定，从而可以实现通过合理化设置簇首节点电池容量，使得节点寿命均衡的目的，达到了避免“能量空洞”效应，延长网络生存时间的技术效果，进而解决了相关技术中存在无线传感器网络节点覆盖有效性和能量效率不高的问题。
附图说明
[0020]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是根据本申请实施例的一种可选的管廊模型示意图；
[0023]图2是根据本申请实施例的一种可选的面向管廊环境簇首能量差异化设置方法示意图；
[0024]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于簇首能量差异化的无线传感器网络，其特征在于，所述基于簇首能量差异化的无线传感器网络包括：多个分簇，每个所述分簇中包含多个普通节点和一个簇首节点，所述普通节点用于感知管廊内的环境参数数据，所述簇首节点用于采集所述分簇中所述普通节点感知的环境参数数据，接收上一簇首节点发送的数据以及将采集和接收的数据进行转发；多个所述簇首节点中，距离汇聚节点物理距离近的所述簇首节点的电池容量大于距离汇聚节点物理距离远的所述簇首节点的电池容量。2.根据权利要求1所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络，其特征在于，所述普通节点在所述管廊两个侧壁中线上按照等腰三角形部署，所述簇首节点在所述管廊顶壁上等间距部署，每个所述分簇为星型的网络拓扑结构。3.根据权利要求2所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络，其特征在于，所述簇首节点位于每个所述分簇的中心位置；所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离小于等于所述普通节点的最大通信距离；所述管廊顶壁上的相邻所述簇首节点间距离小于等于所述簇首节点的最大通信距离；所述簇首节点与所述分簇内所述普通节点的最大距离小于等于所述普通节点的最大通信距离；所述管廊侧壁上不同侧相邻所述普通节点间距离等于感知半径。4.根据权利要求3所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络，其特征在于，所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离采用如下公式确定：式中，d表示所述管廊侧壁上的同侧相邻所述普通节点间距离，Rs表示所述普通节点的感知半径，W表示所述管廊的宽。5.根据权利要求1所述的基于簇首能量差异化的无线传感器网络，其特征在于，各簇首节点电池容量的关系满足如下公式：Ei＝(N
‑
i+1)E式中，i表示簇首节点按照与汇聚节点的距离由近及远顺序排序时对应所述簇首节点的序号，Ei表示簇首节点Ci对应的电池容量，N表示所述簇首节点的数量，E表示距离汇聚节点最远的所述簇首节点的电池容量。6.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：白巍，吴跃斌，钟成，陆阳，郭经红，路鹏程，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司国网河北省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：