基于寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的指定高度層覆蓋面積測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別是涉及一種基于寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定 高度層覆蓋面積測(cè)量方法，應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估及優(yōu)化部署。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積是衡量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的重要 指標(biāo)之一，它的計(jì)算結(jié)果也是覆蓋系數(shù)、盲區(qū)系數(shù)等其它指標(biāo)的基礎(chǔ)。
[0003] 對(duì)于由多個(gè)傳感器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于不同傳感器之間的探測(cè)范圍可能 存在重疊覆蓋區(qū)域，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積并不能通過簡單地將 單個(gè)傳感器覆蓋范圍的面積相加得到。同時(shí)單個(gè)傳感器的探測(cè)邊界不一定是規(guī)則的圓形， 可能受到電磁干擾或地形遮蔽產(chǎn)生形變，因此無法用簡單的函數(shù)描述探測(cè)邊界，從而無法 通過解析方式計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積。
[0004] 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法主要是網(wǎng)格法，即在無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層探測(cè)平面內(nèi)劃分網(wǎng)格進(jìn)行面積測(cè)量，所述網(wǎng)格可以是正方形、圓 形、六邊形等形狀。使用網(wǎng)格法測(cè)量覆蓋范圍面積的主要算法是蒙特卡洛隨機(jī)算法，即在網(wǎng) 格中拋灑隨機(jī)點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否落入覆蓋區(qū)域，如此重復(fù)多次，形成正例反例兩個(gè)計(jì)數(shù)器， 最后求得覆蓋范圍的面積；另外，中國發(fā)明專利CN102798370B(以下簡稱對(duì)比文件1)公開 了一種雷達(dá)網(wǎng)指定高度層作用范圍的面積測(cè)量方法，該方法通過數(shù)據(jù)采集、生成網(wǎng)格、網(wǎng)格 投影、去冗處理、擬合處理、集成處理、網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)等步驟，較好的完成了面積測(cè)量，該方法也 可以應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
[0005] 上述基于蒙特卡洛算法的網(wǎng)格法思路簡潔，但需要產(chǎn)生大量的隨機(jī)點(diǎn)，耗時(shí)較長， 精度難以保證，難以滿足需要重復(fù)調(diào)用面積算法的工程實(shí)踐；而對(duì)比文件1所公開的方法 在網(wǎng)格投影、去冗處理、擬合處理這三個(gè)步驟中采取了先投影再擬合的策略，導(dǎo)致了擬合處 理之前需要處理大量離散投影點(diǎn)，且處理步驟復(fù)雜，雖然可以用于工程實(shí)踐，但仍有很大改 進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上的問題，本發(fā)明提供一種基于插值投影的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度 層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法，在滿足工程實(shí)踐測(cè)量精度的要求下，用以解決當(dāng)前的算法時(shí) 間消耗較高、精度較低的問題。
[0007] 本發(fā)明所述面積測(cè)量方法包括以下步驟：
[0008] 數(shù)據(jù)采集步驟：設(shè)置采樣密度，根據(jù)傳感器覆蓋半徑和干擾環(huán)境，計(jì)算無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器在指定高度層上覆蓋范圍的邊界采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，并將其按照邊界的順時(shí) 針或逆時(shí)針方向進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0009] 劃分網(wǎng)格步驟：根據(jù)所得的邊界采樣點(diǎn)和覆蓋半徑確定網(wǎng)格區(qū)域范圍，設(shè)置網(wǎng)格 長度，劃分網(wǎng)格，所述網(wǎng)格區(qū)域能夠包含所有傳感器的邊界采樣點(diǎn)；
[0010] 化簡處理步驟：將采樣點(diǎn)的原始坐標(biāo)變換為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格的行號(hào)和列號(hào)，然后 對(duì)存儲(chǔ)位置相鄰的且行號(hào)相同的采樣點(diǎn)，取其平均值作為代表進(jìn)行保留；
[0011] 插值投影步驟：為整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)格存儲(chǔ)器，所述網(wǎng)格存儲(chǔ)器是 一個(gè)行數(shù)與網(wǎng)格區(qū)域垂直方向網(wǎng)格數(shù)目相同的二維表格，然后以插值的形式將采樣點(diǎn)和插 值點(diǎn)依次存放在網(wǎng)格存儲(chǔ)器中；
[0012] 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)步驟：根據(jù)網(wǎng)格存儲(chǔ)器計(jì)算得到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的 面積。
[0013] 所述采樣密度，即在360度方向上的采樣點(diǎn)數(shù)，取值范圍最好在72~720之間；
[0014] 所述計(jì)算每個(gè)傳感器在指定高度層上覆蓋范圍的邊界采樣點(diǎn)坐標(biāo)值的方法可采 用電磁干擾或地形遮蔽算法；
[0015] 所述網(wǎng)格長度1由下述公式確定：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法，其特征包括以下步 驟： 數(shù)據(jù)采集步驟：設(shè)置采樣密度，根據(jù)傳感器覆蓋半徑和干擾環(huán)境，計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中每個(gè)傳感器在指定高度層上覆蓋范圍的邊界采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，并將其按照邊界的順時(shí)針或 逆時(shí)針方向進(jìn)行存儲(chǔ)； 劃分網(wǎng)格步驟：根據(jù)所得的邊界采樣點(diǎn)和覆蓋半徑確定網(wǎng)格區(qū)域范圍，設(shè)置網(wǎng)格長度， 劃分網(wǎng)格，所述網(wǎng)格區(qū)域能夠包含所有傳感器的邊界采樣點(diǎn)； 化簡處理步驟：將采樣點(diǎn)的原始坐標(biāo)變換為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格的行號(hào)和列號(hào)，然后對(duì)存 儲(chǔ)位置相鄰的且行號(hào)相同的采樣點(diǎn)，取其平均值作為代表進(jìn)行保留； 插值投影步驟：為整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)格存儲(chǔ)器，所述網(wǎng)格存儲(chǔ)器是一個(gè) 行數(shù)與網(wǎng)格區(qū)域垂直方向網(wǎng)格數(shù)目相同的二維表格，然后以插值的形式將采樣點(diǎn)和插值點(diǎn) 存放在網(wǎng)格存儲(chǔ)器中； 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)步驟：根據(jù)網(wǎng)格存儲(chǔ)器計(jì)算得到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面 積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法， 其特征在于數(shù)據(jù)采集步驟中所述采樣密度的取值范圍在72~720之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法， 其特征在于數(shù)據(jù)采集步驟中所述計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器在指定高度層上覆蓋 范圍的邊界采樣點(diǎn)坐標(biāo)值的方法為電磁干擾或地形遮蔽算法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意之一所述的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面 O JT 積測(cè)量方法，其特征在于劃分網(wǎng)格步驟中所述網(wǎng)格長度1由下述公式確定：/ = ; 其中π為圓周率，N為采樣點(diǎn)的采樣密度，M為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最小的覆蓋半徑，k 為比例系數(shù)，取值在0.001~0.9之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法， 其特征在于所述插值投影步驟具體包括以下步驟： (1) 為每一個(gè)傳感器分配一個(gè)NrXN1的網(wǎng)格存儲(chǔ)器，其中Nr、N1為網(wǎng)格行數(shù)和列數(shù)，Ni =α · η，α取5~20之間的整數(shù)，η為傳感器個(gè)數(shù)； (2) 將化簡處理步驟中行號(hào)相同的采樣點(diǎn)，按照列號(hào)大小順序存放在網(wǎng)格存儲(chǔ)器的相 應(yīng)行號(hào)中； (3) 將化簡處理步驟后的第i個(gè)采樣點(diǎn)的行號(hào)同第i-Ι個(gè)采樣點(diǎn)的行號(hào)和第i+Ι個(gè)采 樣點(diǎn)的行號(hào)比較，別為第i個(gè)采樣點(diǎn)的行號(hào)，l〈i〈N，N為采樣密度，如果滿足下式，則將 第i個(gè)采樣點(diǎn)再存放一次：fVi ^+1或者; Lx > JV1 U < 兄-1 (4) 對(duì)于第一個(gè)采樣點(diǎn)，則將第一個(gè)、第二個(gè)和最后一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行比較；對(duì)于最后一 個(gè)采樣點(diǎn)，則將倒數(shù)第二個(gè)、最后一個(gè)和第一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行比較，之后按照⑶原則進(jìn)行處 理； (5) 以每兩個(gè)在存儲(chǔ)位置上鄰近的采樣點(diǎn)為兩個(gè)端點(diǎn)，根據(jù)下式，確定第h行的采樣點(diǎn) 的列號(hào)U并存儲(chǔ)：
其中xk、yk分別為第k個(gè)采樣點(diǎn)的列號(hào)和行號(hào)，X k+1、yk+1分別為第k+Ι個(gè)采樣點(diǎn)的列號(hào) 和行號(hào)，且yk〈h〈yk+1，0〈k〈N ;「·"]表示向上取整，N+表示正整數(shù)集，V表示中間變量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法， 其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)步驟具體包括以下步驟： (1) 對(duì)網(wǎng)格存儲(chǔ)器中的每一行，按照列號(hào)由小到大對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序； (2) 對(duì)網(wǎng)格存儲(chǔ)器的第y行的第i個(gè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)其前或后所屬不同傳感器的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)， 所述數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不包括與該第i個(gè)數(shù)據(jù)所屬相同傳感器的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，然后判斷這些數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) 的奇偶性，若為奇數(shù)，則將第i個(gè)數(shù)據(jù)刪去；若為偶數(shù)，則不作處理，其中i = 1，...，|y I， y I為網(wǎng)格存儲(chǔ)器第y行的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)總數(shù)； (3) 將第y行中第2f-l個(gè)數(shù)據(jù)同第2f個(gè)數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值相加，得到第2f-l個(gè)數(shù)據(jù) 同第2f個(gè)數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)格個(gè)數(shù)，其中/ = 1, ...，￥，|y|為網(wǎng)格存儲(chǔ)器第7行的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)總 2 數(shù)；統(tǒng)計(jì)第y行的網(wǎng)格個(gè)數(shù)的總數(shù)為gy; (4) 統(tǒng)計(jì)得到整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍所覆蓋的網(wǎng)格數(shù)G = ，進(jìn)一步得到整 y-1 個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的面積S = G · I2。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于插值投影的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法，在滿足工程實(shí)踐測(cè)量精度的要求下，用以解決當(dāng)前的算法時(shí)間消耗較高的問題。本發(fā)明所述面積測(cè)量方法包括以下步驟：數(shù)據(jù)采集；劃分網(wǎng)格；化簡處理；插值投影；網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)。本發(fā)明提供的寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積測(cè)量方法快捷方便，精度與測(cè)量耗時(shí)都可以達(dá)到比較滿意的效果，并且其可靠性也較高，可以處理各類樣式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)指定高度層覆蓋范圍的面積。
【IPC分類】H04B17-00
【公開號(hào)】CN104734786
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093673
【發(fā)明人】劉運(yùn)成, 劉彥君, 吳豪
【申請(qǐng)人】劉運(yùn)成, 劉彥君, 吳豪
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日