面向管道系统的无线传感器网络三维节点部署算法

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1、第８卷第４期智能系统学报Ｖｏｌ．８№．４２０１３年８月ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓＡｕｇ．２０１３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０４０２５网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１５３８．ＴＰ．２０１３０８２７．１１１８．００３．ｈｔｍｌ面向管道系统的无线传感器网络三维节点部署算法１２余华平，郭梅（１．长江大学计算机科学学院，湖北荆州４３４０２３；２．长江大学科学技术处，湖北荆州４３４０２３）

2、摘要：管道系统是事关国民经济发展的基础设施，而节点的三维部署问题是基于无线传感器网络的管道监控系统的基础性技术问题．首先把三维管道结构映射为ＸＹ和ＸＺ２个二维平面结构，分别对其进行传感器节点部署优化分析．然后在此基础上，设计了面向管道系统的三维传感器节点的部署算法．最后对算法进行了覆盖性能、连通性能以及能耗性能的评价，结果表明，该算法能有效解决管道系统节点三维部署问题，为超长油气管道、城市自来水管网及污水管网监测提供理论指导和实践依据．关键词：三维节点部署；无线传感器网络；管道系统；覆盖；连通；能耗中图分类号：ＴＰ

3、３９３文献标志码：Ａ文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１３）０４⁃０３３３⁃０６中文引用格式：余华平，郭梅．面向管道系统的无线传感器网络三维节点部署算法［Ｊ］．智能系统学报，２０１３，８（４）：３３３⁃３３８．英文引用格式：ＹＵＨｕａｐｉｎｇ，ＧＵＯＭｅｉ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，２０１３，

4、８（４）：３３３⁃３３８．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓ１２ＹＵＨｕａｐｉｎｇ，ＧＵＯＭｅｉ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＹａｎｇｔｚｅＵ⁃ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂ

5、ｓｔｒａｃｔ：Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｖｉｔａｌｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｍｏｓｔｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｉｅｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ）ｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓｉｓａｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｔｅｃｈ⁃ｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓｔｒａｔｅ

6、ｇｙｉｎＸＹｐｌａｎｅａｎｄＸＺｐｌａｎｅｗｈｉｃｈｗｅｒｅｐｒｏｊｅｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓａｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｄｅ⁃ｐｌｏｙｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｄｉｓ⁃ｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｖｅｒａｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎ

7、ｃｅ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｓｏｌｖｅｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｓｕｐｅｒ⁃ｌｏｎｇｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｔｈｅｃｉｔｙ

8、ｔａｐｗａｔｅｒｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｅｗａｇｅｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｖｅｒａｇｅ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ［１⁃２］无线传感器网络（ＷＳＮ）由大量资源受