[發(fā)明專利]一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310045942.7
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN103079270A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭曉雷;秘建寧;張宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W52/02
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于無線定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集感知方法，其特征在于：它通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)：

步驟一、初始化無線定位系統(tǒng)；

無線定位初始階段，中心節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送定位命令數(shù)據(jù)幀，此命令數(shù)據(jù)幀中包含校準(zhǔn)時(shí)間t₀和測距允許時(shí)間Δt，Δt取大于0的實(shí)數(shù)；

步驟二、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測量自身到自身感知范圍內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離，并將測距信息發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的定位命令數(shù)據(jù)幀后，將自身系統(tǒng)時(shí)間設(shè)為t₀，并向網(wǎng)絡(luò)中廣播包含自身ID的請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀；在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)感知范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀后發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在t₀+Δt時(shí)間段內(nèi)接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)自身收到的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀測量自身到相應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離；當(dāng)測距過程結(jié)束之后，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將其收集到的測距信息發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)；所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是指自身位置坐標(biāo)已知并能測量自身到相鄰節(jié)點(diǎn)距離的無線節(jié)點(diǎn)；

步驟三、中心節(jié)點(diǎn)集中式計(jì)算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的測距信息，集中式計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

具體步驟為：

①對于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M_a，a為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的ID，a=1,2,…,A，A為目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)量，取自然數(shù)，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)N_i(i＝1,2,…n)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)N_a的測量距離d_ai(i=1,2,…n)，n為自然數(shù)，建立如下有偏最小二乘模型：

其中，未知向量X_a為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)N_a的待估坐標(biāo)，已知向量X_i(i=1,2,…n)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)N_i(i＝1,2,…n)的位置坐標(biāo)，標(biāo)量b為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的測距偏差；當(dāng)測距偏差已知時(shí)b為常數(shù)，當(dāng)測距偏差未知時(shí)b為待估未知數(shù)；求解式(1)即可得出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)N_a的估計(jì)坐標(biāo)

②取a=1,2,…,A，重復(fù)步驟①，求出所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)

步驟四、中心節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

設(shè)定長方形子網(wǎng)格的長度l和寬度w，l和w取正實(shí)數(shù)，中心節(jié)點(diǎn)將目標(biāo)區(qū)域均勻劃分為K子網(wǎng)格G_k(k=1,2,…,K)，K取自然數(shù)；在網(wǎng)格劃分過程中，將不規(guī)則或者不足一個(gè)網(wǎng)格面積的子區(qū)域當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)格；

步驟五、中心節(jié)點(diǎn)通過密度聚類方式搜索每個(gè)子網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)聚集簇；

中心節(jié)點(diǎn)首先統(tǒng)計(jì)每個(gè)子網(wǎng)格中所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的密度信息，找出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的核心點(diǎn)和次核心點(diǎn)；然后從任意核心點(diǎn)開始，通過密度聚類的方式找出一個(gè)完整的節(jié)點(diǎn)聚集簇；當(dāng)所有核心點(diǎn)都被遍歷完成后，輸出子網(wǎng)格中所有節(jié)點(diǎn)聚集簇的信息；所述節(jié)點(diǎn)密度是指節(jié)點(diǎn)ε鄰域內(nèi)包含的其他節(jié)點(diǎn)數(shù)目，ε為節(jié)點(diǎn)鄰域的半徑；所述核心點(diǎn)是指自身密度大于等于閾值T的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述次核心點(diǎn)是指處在核心點(diǎn)的鄰域內(nèi)但自身的密度小于閾值T的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)聚集簇是指一組高密度節(jié)點(diǎn)的集合；

具體步驟為：

①設(shè)定鄰域半徑ε和密度閾值T，ε取正實(shí)數(shù)，T取自然數(shù)；

②判斷移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否為核心點(diǎn)；取a=1,2,…,A，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)M_a的密度ζ_a；如果ζ_a≥T，則M_a為核心點(diǎn)，且將M_a標(biāo)記為未處理的核心點(diǎn)；同時(shí)，設(shè)定迭代次數(shù)k=1；

③對于子網(wǎng)格G_k，取G_k中節(jié)點(diǎn)聚集簇?cái)?shù)目為F_k=0；

④判斷子網(wǎng)格G_k中是否存在未處理的核心點(diǎn)；如果G_k中存在未處理的核心點(diǎn)，取F_k=F_k+1，轉(zhuǎn)到下一步；如果不存在未處理的核心點(diǎn)，轉(zhuǎn)到步驟⑨；

⑤取子網(wǎng)格G_k中的任意未處理的核心點(diǎn)M_a，將M_a和其鄰域內(nèi)的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸于同一個(gè)簇并將M_a標(biāo)記為已處理的核心點(diǎn)；

⑥搜索中未處理的核心點(diǎn)，將其鄰域內(nèi)的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)添加到簇中；

⑦重復(fù)步驟⑥，直到簇中的所有核心點(diǎn)都被標(biāo)記為已處理的核心點(diǎn)；

⑧完成簇的擴(kuò)展，轉(zhuǎn)到步驟④；

⑨完成子網(wǎng)格G_k的搜索；如果F_k>0，輸出G_k的節(jié)點(diǎn)聚集簇?cái)?shù)目F_k和G_k中所有的節(jié)點(diǎn)聚集簇；

⑩取k=k+1，如果k≤K，轉(zhuǎn)到步驟③；否則，結(jié)束子網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)聚集簇的搜索；

步驟六、中心節(jié)點(diǎn)對相鄰的節(jié)點(diǎn)聚集簇進(jìn)行合并；

中心節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出每個(gè)子網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)聚集簇之后，根據(jù)簇邊界中核心點(diǎn)的連通度關(guān)系確定相鄰子網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)相鄰聚集簇，并對其進(jìn)行合并；所述節(jié)點(diǎn)相鄰聚集簇是指存在連通核心點(diǎn)的一對節(jié)點(diǎn)聚集簇；所述連通核心點(diǎn)是自身鄰域包含對方且自身又處在對方鄰域內(nèi)的一對核心點(diǎn)；

步驟七、輸出所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集簇的區(qū)域信息及相應(yīng)節(jié)點(diǎn)ID；

中心節(jié)點(diǎn)完成所有節(jié)點(diǎn)相鄰聚集簇的合并之后，輸出所有聚集簇C^(j)(j=1,2,…,J)的區(qū)域信息(j=1,2,…,J)和每個(gè)簇中的節(jié)點(diǎn)ID；其中，J為目標(biāo)區(qū)域中節(jié)點(diǎn)聚集簇的數(shù)目，取大于等于0的正整數(shù)；為第j個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集簇所在的長方形區(qū)域的中心坐標(biāo)，和分別表示第j個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚集簇所在的長方形區(qū)域的長度和寬度。