本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸發(fā)展起來(lái)，因其具有便利性、成本低等優(yōu)勢(shì)，在工農(nóng)業(yè)控制、搶險(xiǎn)救災(zāi)等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體的，在目標(biāo)區(qū)域部署若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)送給任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測(cè)。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有一定的感知范圍，在目標(biāo)區(qū)域中怎樣部署傳感器節(jié)點(diǎn)，才能使得傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍盡可能覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，是當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中基礎(chǔ)且重要的問(wèn)題。

如果目標(biāo)區(qū)域?yàn)槎S平面區(qū)域，則利用傳感器節(jié)點(diǎn)的圓盤(pán)感知模型可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋。但隨著對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的不斷深入，圓盤(pán)感知模型逐漸不適用于解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題，三維感知模型應(yīng)運(yùn)而生。三維無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是三維空間、一類(lèi)是三維表面。在三維空間中使用球體感知模型，如在水下進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域監(jiān)測(cè)。對(duì)于三維表面，如現(xiàn)實(shí)世界中的山體，需要考慮山體坡度的影響，利用球體感知模型計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)在山體表面覆蓋的區(qū)域時(shí)，需要知道山體的曲面函數(shù)，從而得出覆蓋范圍，計(jì)算方法往往比較復(fù)雜。

目前對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維表面覆蓋問(wèn)題，大多采用隨機(jī)部署的方式，來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。如果隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)較少，很可能會(huì)因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)分布不均勻而導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋范圍較小，不能對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測(cè)效果較差，如果隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)較多，則可能會(huì)出現(xiàn)大量冗余節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，造成資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法及裝置，以在三維表面合理部署傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)三維表面進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)的同時(shí)，避免存在冗余節(jié)點(diǎn)浪費(fèi)資源。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法，包括：

確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的可部署位置；

確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，所述二維平面為所述三維表面的垂直投影平面，預(yù)先被劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格被離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；

根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定所述三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合；

在所述待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，包括：

針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑；

根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在所述二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)所述二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，包括：

針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度；

根據(jù)該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在所述二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)所述二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，包括：

確定該可部署位置垂直投影到所述二維平面上的位置點(diǎn)與所述二維平面上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的距離；

針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先獲得的概率感知模型和該位置點(diǎn)與該網(wǎng)格點(diǎn)的距離，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定所述三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合，包括：

根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)所述二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

將待部署位置集合分別與所述可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)所述二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合中的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到所述待部署位置集合中；

重復(fù)執(zhí)行所述將待部署位置集合分別與所述可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率的步驟，直至出現(xiàn)最大的對(duì)所述二維平面的感知概率大于設(shè)定閾值的組合，將該組合中的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到所述待部署位置集合中，獲得所述三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋裝置，包括：

可部署位置集合確定模塊，用于確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，所述可部署位置集合中包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的可部署位置；

感知概率確定模塊，用于確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，所述二維平面為所述三維表面的垂直投影平面，預(yù)先被劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格被離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；

待部署位置集合確定模塊，用于根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定所述三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合；

傳感器節(jié)點(diǎn)部署模塊，用于在所述待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述感知概率確定模塊，包括：

實(shí)際感知半徑確定子模塊，用于針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑；

感知概率確定子模塊，用于根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在所述二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)所述二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述實(shí)際感知半徑確定子模塊，具體用于：

針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度；

根據(jù)該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述感知概率確定子模塊，具體用于：

確定該可部署位置垂直投影到所述二維平面上的位置點(diǎn)與所述二維平面上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的距離；

針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先獲得的概率感知模型和該位置點(diǎn)與該網(wǎng)格點(diǎn)的距離，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，所述待部署位置集合確定模塊，具體用于：

根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)所述二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

將待部署位置集合分別與所述可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)所述二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合中的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到所述待部署位置集合中；

重復(fù)執(zhí)行所述將待部署位置集合分別與所述可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)所述二維平面的感知概率的步驟，直至出現(xiàn)最大的對(duì)所述二維平面的感知概率大于設(shè)定閾值的組合，將該組合中的可部署位置從所述可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到所述待部署位置集合中，獲得所述三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合，在該待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。這樣，可以在三維表面合理部署傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)三維表面進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)，同時(shí)，可以避免存在冗余節(jié)點(diǎn)浪費(fèi)資源。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法的實(shí)施流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中三維感知漏洞問(wèn)題示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中三維表面與二維平面關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中二維平面上節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域網(wǎng)格化的一種示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中二維平面上節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域網(wǎng)格化的另一種示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見(jiàn)圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法的實(shí)施流程圖，該方法可以包括以下步驟：

S110：確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合。

可部署位置集合中包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的可部署位置。

在本發(fā)明實(shí)施例中，三維表面為待進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域，要對(duì)三維表面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要在三維表面上部署傳感器節(jié)點(diǎn)，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋三維表面。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際情況，如三維表面的地形、地貌等確定三維表面上哪些位置可以部署傳感器節(jié)點(diǎn)，可以將這些位置確定為可部署位置，所有可部署位置構(gòu)成的集合為可部署位置集合。即可部署位置集合中包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的可部署位置。

確定的可部署位置盡可能多，使得在每個(gè)可部署位置均部署傳感器節(jié)點(diǎn)的情況下，所有傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍足以覆蓋整個(gè)三維表面。

S120：確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

二維平面為三維表面的垂直投影平面，預(yù)先被劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格被離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。

在三維空間中，傳感器節(jié)點(diǎn)為球體感知模型，三維表面通常是不規(guī)則的，在三維表面直接確定傳感器節(jié)點(diǎn)的部署位置比較困難。在本發(fā)明實(shí)施例中，采用投影的方式，將三維表面垂直投影到二維平面，在二維平面上進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的部署。

二維平面預(yù)先被劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格被離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。針對(duì)每個(gè)可部署位置，如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面上具有一定的覆蓋區(qū)域，對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)具有一定的感知概率，通過(guò)分析三維平面與二維表面的關(guān)系，可以計(jì)算得到該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，步驟S120可以包括以下步驟：

步驟一：針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑；

步驟二：根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

為便于描述，將上述兩個(gè)步驟結(jié)合起來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

在垂直投影后的二維平面上，如果采用理想圓盤(pán)模型來(lái)確定傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍，將會(huì)產(chǎn)生如圖2所示的問(wèn)題，即在二維平面上能夠?qū)^(qū)域進(jìn)行完全覆蓋，但在三維表面上卻會(huì)產(chǎn)生覆蓋漏洞。為避免產(chǎn)生這樣的問(wèn)題，在本發(fā)明實(shí)施例中，針對(duì)每個(gè)可部署位置，可以確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，針對(duì)每個(gè)可部署位置，可以確定該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度，根據(jù)該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度，可以確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑。

具體的，可以根據(jù)公式(1)確定該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的ω方向上的實(shí)際感知半徑s_r：

s_r＝rcos[arctan(icosω)] 公式(1)

其中，r為該傳感器節(jié)點(diǎn)在三維表面的球體感知半徑，i為坡度，坡度表示地形抖緩程度，如圖3所示，坡度i為坡面的垂直高度h與水平距離l的比值，即i＝h/l＝tanθ，ω表示方向角，即二維平面上的覆蓋方向與坡向的夾角，當(dāng)ω為0時(shí)，表示二維平面上的覆蓋方向與坡向一致，此時(shí)方向梯度等于坡度。圖3中P點(diǎn)為任意一個(gè)可部署位置。

坡向是斜坡面對(duì)的方向，即高度下降最快的方向。

為了表示坡面上的點(diǎn)沿任意方向高程值的變化，本發(fā)明實(shí)施例引出了方向梯度的概念，用g表示。

通過(guò)公式(1)，可以獲得在任意一個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，即可以得到相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面上的感知范圍。這樣得到的感知范圍是不規(guī)則圖形，直接計(jì)算覆蓋面積較為困難。在本發(fā)明實(shí)施例中，采用區(qū)域離散化思想計(jì)算。

如圖4所示，將二維平面劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，陰影部分為：如果在某個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，得到的該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面上的感知范圍。

將二維平面劃分的每個(gè)網(wǎng)格離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，圖4中的感知范圍可以離散成如圖5所示的黑色圓點(diǎn)表示的范圍。根據(jù)相關(guān)引理，可以保證離散問(wèn)題的可行解為對(duì)應(yīng)的連續(xù)問(wèn)題的可行解。

針對(duì)每個(gè)可部署位置，根據(jù)該部署位置處傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，可以確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，可以確定該可部署位置垂直投影到二維平面上的位置點(diǎn)與二維平面上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的距離，針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先獲得的概率感知模型和該位置點(diǎn)與該網(wǎng)格點(diǎn)的距離，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在實(shí)際三維場(chǎng)景中，傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑會(huì)受到噪聲干擾、信號(hào)衰減等因素的影響，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)概率感知模型確定傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

預(yù)先獲得的感知概率模型如公式(2)所示：

其中，s表示傳感器節(jié)點(diǎn)，t表示二維平面上任意一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，d(s,t)表示傳感器節(jié)點(diǎn)s到網(wǎng)格點(diǎn)t的距離，s_r表示傳感器節(jié)點(diǎn)s在網(wǎng)格點(diǎn)t的覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，u_r為設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值，α和β為衰減因子。

當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)t在s_r-u_r范圍內(nèi)時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)s可以百分百感知到該網(wǎng)格點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)t在s_r+u_r范圍外時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)s不能感知到該網(wǎng)格點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)t介于兩者之間時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)s對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率滿足公式(2)中的指數(shù)函數(shù)。

S130：根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

在步驟S120，確定了如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，可以從可部署位置集合中選擇出適合的可部署位置，將其確定為待部署位置，構(gòu)成三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。最終目標(biāo)是使得覆蓋網(wǎng)格點(diǎn)的概率盡可能大。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，步驟S130可以包括以下步驟：

第一個(gè)步驟：根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率；

第二個(gè)步驟：將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

第三個(gè)步驟：將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率；

第四個(gè)步驟：將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

第五個(gè)步驟：重復(fù)執(zhí)行第三個(gè)步驟，直至出現(xiàn)最大的對(duì)二維平面的感知概率大于設(shè)定閾值的組合，將該組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中，獲得三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

為便于描述，將上述五個(gè)步驟結(jié)合起來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

每個(gè)可部署位置都有對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，可以確定每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率。如，針對(duì)每個(gè)可部署位置，可以將該可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率相加后取平均，將平均值確定為該可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率。當(dāng)然，還可以通過(guò)對(duì)各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率的加權(quán)和取平均，確定相應(yīng)可部署位置對(duì)二維平面的感知概率。

根據(jù)各可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率，確定出最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置，將該可部署位置確定為待部署位置，從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中。

將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率。

針對(duì)每個(gè)組合，在該組合中，同一網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)多個(gè)感知概率，取最大感知概率作為該組合對(duì)應(yīng)的該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，可以得到該組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率。

確定出最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合，將該組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中，使得每次加入到待部署位置集合中的都是可以使當(dāng)前感知概率提升最大的可部署位置。重復(fù)執(zhí)行將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率的步驟。

當(dāng)出現(xiàn)最大的對(duì)二維平面的感知概率大于設(shè)定閾值的組合時(shí)，將該組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中，結(jié)束所有流程，獲得三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

舉例而言，設(shè)定閾值為90％，可部署位置集合中有M1、M2、M3、M4，四個(gè)可部署位置，每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為：

M1:30％；

M2:40％；

M3:50％；

M4:45％。

將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置M3從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中。

將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，得到的組合有：

第一組合：M3、M1；

第二組合：M3、M2；

第三組合：M3、M4。

計(jì)算第一組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為70％，第二組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為75％，第三組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為68％。

將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的第二組合中的可部署位置M2轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中。

將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，得到的組合有：

第四組合：M3、M2、M1；

第五組合：M3、M2、M4。

計(jì)算第四組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為95％，大于設(shè)定閾值90％，第五組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率為80％。

將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的第四組合中的可部署位置M1轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中，結(jié)束所有流程，最終獲得的三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合中有：M3、M2和M1。

在本發(fā)明的另一種具體實(shí)施方式中，還可以將可部署位置集合中的可部署位置進(jìn)行組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率，將大于預(yù)設(shè)閾值的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合中包含可部署位置最少的組合確定為待部署位置集合。

S140：在待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。

在步驟S130，確定了三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合，在該待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)，建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)三維表面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法，確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合，在該待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。這樣，可以在三維表面合理部署傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)三維表面進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)，同時(shí)，可以避免存在冗余節(jié)點(diǎn)浪費(fèi)資源。

相應(yīng)于上面的方法實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋裝置，下文描述的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋裝置與上文描述的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維表面覆蓋方法可相互對(duì)應(yīng)參照。

參見(jiàn)圖6所示，該裝置包括以下模塊：

可部署位置集合確定模塊210，用于確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，可部署位置集合中包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的可部署位置；

感知概率確定模塊220，用于確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，二維平面為三維表面的垂直投影平面，預(yù)先被劃分成若干個(gè)設(shè)定大小的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格被離散成一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；

待部署位置集合確定模塊230，用于根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合；

傳感器節(jié)點(diǎn)部署模塊240，用于在待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。

應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所提供的裝置，確定待部署傳感器節(jié)點(diǎn)的三維表面上的可部署位置集合，確定如果在每個(gè)可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合，在該待部署位置集合包含的每個(gè)待部署位置上部署傳感器節(jié)點(diǎn)。這樣，可以在三維表面合理部署傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)三維表面進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)，同時(shí)，可以避免存在冗余節(jié)點(diǎn)浪費(fèi)資源。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，感知概率確定模塊220，包括：

實(shí)際感知半徑確定子模塊，用于針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑；

感知概率確定子模塊，用于根據(jù)該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)二維平面上的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，實(shí)際感知半徑確定子模塊，具體用于：

針對(duì)每個(gè)可部署位置，確定該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度；

根據(jù)該可部署位置對(duì)應(yīng)的坡度和方向梯度，確定如果在該可部署位置部署傳感器節(jié)點(diǎn)，該傳感器節(jié)點(diǎn)在二維平面的各個(gè)覆蓋方向上的實(shí)際感知半徑。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，感知概率確定子模塊，具體用于：

確定該可部署位置垂直投影到二維平面上的位置點(diǎn)與二維平面上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的距離；

針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先獲得的概率感知模型和該位置點(diǎn)與該網(wǎng)格點(diǎn)的距離，確定該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)該網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率。

在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式中，待部署位置集合確定模塊230，具體用于：

根據(jù)每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的各網(wǎng)格點(diǎn)的感知概率，確定每個(gè)可部署位置對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率；

將最大的對(duì)二維平面的感知概率對(duì)應(yīng)的組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中；

重復(fù)執(zhí)行將待部署位置集合分別與可部署位置集合中的每個(gè)可部署位置組合，確定每個(gè)組合對(duì)應(yīng)的對(duì)二維平面的感知概率的步驟，直至出現(xiàn)最大的對(duì)二維平面的感知概率大于設(shè)定閾值的組合，將該組合中的可部署位置從可部署位置集合中轉(zhuǎn)移到待部署位置集合中，獲得三維表面上傳感器節(jié)點(diǎn)的待部署位置集合。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

專(zhuān)業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來(lái)執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)方案及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。