1.一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,无线传感器网络包括传感器节点团S1、节点团S2,其特征在于,所述节点团S1和S2之间不直接进行通信,节点团S1和S2中共包含m个静态节点和n个移动节点(n<m);具体步骤如下:(1)已知无线传感器网络节点团S1、S2的几何中心位置坐标分别为 和覆盖半径分别为R1和R2,并且两个节点团中节点位置信息均已知;
(2)根据已有的信息计算理论无障碍物时最优部署路径的起点和终点,即两节点团几何中心位置坐标连线与两覆盖圆的两个内侧交点,计算如下:两节点团方程为:
两节点团几何中心位置坐标连线方程为:
其中
故而,分别联立公式(1)和(3)与公式(2)和(3),可得起点坐标(xs,ys)和终点坐标(xg,yg);
(3)通过A*算法选择最优部署路径,在计算过程中,选择总代价值最小的搜索区域作为下一个位置,直到目标所在区域,其代价函数如下:F(j)=G(j)+H(j) (4)式中,j表示第j个搜索区域,F(j)为第j个搜索区域的代价函数,G(j)是在状态空间中从起点到第j个搜索区域的实际代价,H(j)是从第j个搜索区域到目标搜索区域的估计代价;其中H(j)采取欧氏距离度量搜索区域之间的代价,欧氏距离计算公式如下:其中,(xj,yj)为第j个搜索区域所在位置,得到最优部署路径转折点为T1,T2,…,Tm,…,TM;
(4)根据步骤(3)所得T1,T2,…,Tm,…,TM计算部署路径长度dp,并通过已有的位置信息计算需要部署移动节点的部署距离和数量;计算方法为:其中, 为转折点位置坐标,dcom为部署的移动
部署距离,先将其设为一个未知量,0<dcom≤R,R为最大的移动节点通信半径;
(5)计算移动节点应该部署的位置,在计算过程中需要依次比较计算结果与T1,T2,…,Tm,…,TM;
(6)选择移动节点;
(7)依次将被选中的移动节点移动至部署位置,移动的距离分别为d1,d2,…,di,…,dN;
(8)计算无线传感器网路再连通的总能耗Etotal,在连通过程中,总能耗分为移动节点移动损耗的能量和通信损耗的能量,将通信损耗的能量分为发送数据损耗的能量,接收数据损耗的能量;
(9)通过让Etotal对dcom求导得到 和 共同推导计算出所求得的dcom为最优部署距离;
(10)将步骤(9)算得dcom代入步骤(4),计算所需要的部署的移动节点数量N,依次往下进行,得到最小的总能耗值。
2.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,所述方法适用于有障碍物阻碍再连通的失连无线传感器网路,且在最小能耗下完成再连通。
3.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,所述无线传感器网络中节点分为静态节点和移动节点,所述静态节点用于正常通信,移动节点用于恢复无线传感器网络的再连通,不影响无线传感器网路之间原本的通信。
4.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,连通路径构建的过程通过设置移动节点作为连通路径上部署的中继,且综合考虑相邻移动节点间的部署距离、移动节点数量、移动节点移动距离以及避障路径长度,最终以总能耗最小为目标计算出最优的部署距离。
5.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,所述步骤(5)中计算移动节点应该部署的位置,计算方法如下:(51)据起点坐标计算第一个部署位置坐标P1;
P1=(xs+dcomcosθ1,ys+dcomsinθ1) (8)其中,
(52)比较第i‑1个部署位置Pi‑1的横坐标值与第m个转折点Tm的横坐标值;
(53)如果Pi‑1横坐标值大于Tm的横坐标值,则第i个部署位置坐标Pi为:其中,
(54)如果Pi‑1横坐标值小于Tm的横坐标值,则第i个部署位置坐标Pi为:
6.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,所述步骤(6)选择移动节点过程主要分为两步:(61)遍历S1中所有的移动节点,将所有剩余能量大于一半能量值的移动节点组成新的集合Φ;
(62)从C(Φ,N)中选择出总移动距离最小的节点序列作为最优移动节点序列。
7.根据权利要求1所述的一种面向有障碍物的无线传感器网络再连通方法,其特征在于,所述步骤(8)具体为:(81)第i个移动节点移动损耗的能量 计算方法为:其中,ΔE为移动节点移动每米损耗的能量,di为第i个移动节点移动至待部署位置的移动距离;
(82)第i个移动节点的发送数据损耗的能量 和接收数据损耗的能量 分别为:其中,k为传输数据的比特数;Eelec为每比特损耗的能量;εf为自由空间信号放大因子;
EDA为融合每比特数据损耗的能量;a为数据压缩率,且a∈(0,1],当a=1时,表示数据未进行压缩;
(83)所有移动节点的总能耗Etotal为:
将公式(11)、(12)和(13)代入(14),则可计算得: