1.一种全覆盖的水下传感器网络节点数量上下界计算方法,其特征在于,包括如下步骤:
对待部署网络节点的区域信息进行离散化处理,得到多个正方体区域;
构建区域中表征普通传感器节点与普通传感器节点是否连通的模型;
构建区域中表征各个普通传感器节点与基站节点是否连通的模型;
构建全连通网络节点数量约束条件;
构建水下传感器网络节点最优数量下界计算模型;
构建水下传感器网络节点最优数量上界计算模型;
采用所述最优数量下界计算模型和所述最优数量上界计算模型计算水下传感器网络节点最优数量上下界;
所述对待部署网络节点的区域信息进行离散化处理,包括如下步骤:将待部署网络节点的区域处理为长宽高分别为K、M、L的长方体网络,该网络中包括N=(K+1)×(M+1)×(L+1)个网格点,该长方体网格分割为K*M*L个正方体;
将长方体网格中各个网格点采用(x,y,z)(x=1,2,…,K+1;y=1,2,…,M+1;z=1,
2,…,L+1)进行标识;
待部署网络节点的区域中的普通传感器节点仅能部署于一网格点中,基站节点部署于水面;
所述构建区域中表征普通传感器节点与普通传感器节点是否连通的模型,包括如下步骤:
一普通传感器节点采集所述长方体网格的区域信息,以节点间多跳传输的形式传递至水面的基站节点;
根据如下公式计算两个普通传感器节点之间的一跳连通状态值:其中T=(txyz.opq)((K+1)×(M+1)×(L+1))×((K+1)×(M+1)×(L+1))是表示位于(x,y,z)与(o,p,q)的两个传感器节点之间的连通状况六维的连通矩阵;gxyz表示格点位置(x,y,z)是否放置传感器节点,若放置,gxyz=1,若不放置,gxyz=0;gopq表示格点位置(o,p,q)是否放置传感器节点,若放置,gopq=1,若不放置,gopq=0;Rn表示普通传感器的传输半径;若两个传感器节点之间的距离小于Rn时,说明两个传感器节点间可以相互传输信息;
所述构建区域中表征各个普通传感器节点与基站节点是否连通的模型,包括如下步骤:
根据如下公式计算各个普通传感器节点(x,y,z)是否与基站节点连通的状态值:其中ttxyz=1表示放置在(x,y,z)的传感器节点可以将信息传送至基站节点;(sx,sy,sz)表示在水下传感器网络中只有一个基站节点的坐标; 表示区域网络部署普通传感器节点个数;
所述构建全连通网络节点数量约束条件,包括:区域网络中能够与基站节点连通的普通传感器节点数量满足如下条件:根据如下公式构建水下传感器网络节点最优数量下界计算模型:其中Mmin表示最优节点数量的下界;
表示约束条
件,对于区域网格中的任意一个特征点(a,b,c)(1≤a≤K+1,1≤b≤M+1,1≤c≤L+1)而言,能够被水下传感器网络中某一个传感器节点(x,y,z)所覆盖;
sign(.)表示符号函数,当特征点(a,b,c)与部署于格点(x,y,z)的传感器节点之间距离小于探测半径Rc时,说明该特征点可以被传感器节点覆盖。
2.根据权利要求1所述的全覆盖的水下传感器网络节点数量上下界计算方法,其特征在于,根据如下公式构建水下传感器网络节点最优数量上界计算模型:其中Mmax表示最优节点数量的上界;
表示约束条件,对于空间中任意一个标号为U正方体而言,要求能够被水下传感器网络中某一个传感器节点完整覆盖;
U(a,b,c)={(a,b,c),(a+1,b,c),(a,b+1,c),(a,b+1,c+1),(a+1,b+1,c+1),(a+1,b,c+
1),(a,b,c+1),(a+1,b+1,c)}表示某标号为U的正方体其中一个特征点坐标为(a,b,c)则其余顶点均可依次得到的集合;
当正方体U的8个特征点与部署于格点(x,y,z)的传感器节点距离小于探测半径Rc时,说明该正方体可以被传感器节点覆盖。
3.一种全覆盖的水下传感器网络节点数量上下界计算系统,其特征在于,应用于权利要求1或2所述的全覆盖的水下传感器网络节点数量上下界计算方法,所述系统包括:区域信息离散化处理模块,用于对待部署网络节点的区域信息进行离散化处理,得到多个正方体区域;
普通节点连通性模型构建模块,用于构建区域中表征普通传感器节点与普通传感器节点是否连通的模型;
基站节点连通性模型构建模块,用于构建区域中表征各个普通传感器节点与基站节点是否连通的模型;
全连通网络节点数量约束条件构建模块,用于构建全连通网络节点数量约束条件;
最优数量下界计算模型构建模块,用于构建水下传感器网络节点最优数量下界计算模型;
最优数量上界计算模型构建模块,用于构建水下传感器网络节点最优数量上界计算模型;
最优数量上下界计算模块,用于采用所述最优数量下界计算模型和所述最优数量上界计算模型计算水下传感器网络节点最优数量上下界。