[發(fā)明專利]一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410250892.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN103997748B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張穎;趙偉;朱大奇;姜?jiǎng)倜?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 鄭瑋

1.一種基于混合型傳感器網(wǎng)絡(luò)的差異覆蓋方法，其特征在于，包括：

獲取監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置，采用飛機(jī)拋灑的方式將m個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和n個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)部署在所述監(jiān)測(cè)環(huán)境中；

每個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)初始化自身信息并對(duì)自己所在的位置定位，每個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)并通過網(wǎng)絡(luò)將自身的ID號(hào)、初始位置和傳感器性能的信息發(fā)送給個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；

匯聚節(jié)點(diǎn)在收到各傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用洪泛或定向?qū)ぢ仿酚傻确绞桨l(fā)送的自身ID號(hào)、初始位置和傳感器性能等信息后，獲取所述監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置，根據(jù)所述監(jiān)測(cè)環(huán)境的位置解析出整個(gè)部署區(qū)域A、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域A_hot、一般監(jiān)測(cè)區(qū)域A_ordinary＝A-A_hot、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域有效監(jiān)測(cè)閾值c_{th_hot}和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域有效監(jiān)測(cè)閾值c_{th_ordinary}，確定整個(gè)部署區(qū)域中未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰的傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所受到的虛擬力

F_x和F_y分別為x軸和y軸方向上的作用力，s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，

根據(jù)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)能力數(shù)學(xué)表達(dá)式可得

p為部署區(qū)域A中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，A_s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)r-r_e到r+r_e感知范圍內(nèi)未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的集合A_s＝A_{s_hot}∪A_{s_ordinary}，其中

r_e是傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量可靠性參數(shù)，0＜r_e＜r，

其中，部署區(qū)域A中未達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)相鄰傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)引力場(chǎng)A為部署區(qū)域，c_p/s為傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被放置在點(diǎn)s處在監(jiān)測(cè)點(diǎn)p產(chǎn)生的聯(lián)合測(cè)量概率

部署區(qū)域A中傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)用集合S_ov表示，某個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)s_i的全局坐標(biāo)為(x_i，y_i)，部署區(qū)域A中p監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x_p，y_p)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)p與s_i的距離而在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到環(huán)境、傳感器自身工藝等因素的影響，傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的感知模型呈一定概率分布，監(jiān)測(cè)概率隨著距離d(s_i，p)遞減，傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)能力數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

cp(si)=1if d(si,p)≤r-ree(-α1λ1β1/λ2β2+α2)if|d(si,p)-r|≤re0other]]>

其中，r為傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器感知半徑，r_e(0＜r_e＜r)是傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量可靠性參數(shù)，α₁，α₂，β₁，β₂是與傳感器測(cè)量概率相關(guān)的參數(shù)，該參數(shù)與傳感節(jié)點(diǎn)的測(cè)量特性有關(guān)，λ₁和λ₂為輸入?yún)?shù)λ₁＝r_e-r+d(s_i，p)，λ₂＝r_e+r-d(s_i，p)，若監(jiān)測(cè)點(diǎn)p在傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)s_i的感知范圍內(nèi)，即d(s_i，p)≤(r+r_e)，則傳感器固定節(jié)點(diǎn)或傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)s_i為監(jiān)測(cè)點(diǎn)p的相鄰傳感器固定節(jié)點(diǎn)或相鄰傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，部署區(qū)域A中監(jiān)測(cè)點(diǎn)p的聯(lián)合測(cè)量概率為部署區(qū)域A內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)p相鄰傳感器固定節(jié)點(diǎn)和相鄰傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在該監(jiān)測(cè)點(diǎn)p的聯(lián)合測(cè)量概率：

V_p為監(jiān)測(cè)點(diǎn)p相鄰傳感器固定節(jié)點(diǎn)和相鄰傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的集合，c_th為有效測(cè)量概率閾值，若c_p(S_ov)≥c_th，則監(jiān)測(cè)點(diǎn)p被傳感器固定節(jié)點(diǎn)和傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)有效覆蓋；

對(duì)于含有m個(gè)傳感器固定節(jié)點(diǎn)和n個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，將n個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)抽象成粒子群方法中的粒子，粒子搜索空間維數(shù)N＝2n，粒子i的位置向量X_i＝(x_i1，x_i2，…，x_in，y_i1，y_i2，…，y_in)，其中x_ij，y_ij分別代表第j個(gè)傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，1＜j＜n，將重點(diǎn)區(qū)域和一般區(qū)域的有效覆蓋率加權(quán)后的線性組合所形成的單目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)值函數(shù)f(X_i(t))＝α×f_hot(X_i(t))+(1-α)×f_ordinary(X_i(t))，其中，f_hot(X_i(t))和f_ordinary(X_i(t))分別表示重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和普通監(jiān)測(cè)區(qū)域的有效覆蓋率，α為根據(jù)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域確定的權(quán)重系數(shù)；

通過下式確定粒子的飛行速度：

v_ij(t+1)＝w(t)×v_ij(t)+c₁r_1j(t)×(p_ij(t)-x_ij(t))+c₂r_2j(t)×(p_gj(t)-x_ij(t))+c₃r_3j(t)g_ij(t)，其中，c₁為局部?jī)?yōu)化權(quán)重因子，c₂為全局優(yōu)化權(quán)重因子，c₃為勢(shì)場(chǎng)力加速因子，r_1j、r_2j和r_3j為[0，1]范圍內(nèi)的獨(dú)立隨機(jī)數(shù)，下標(biāo)i對(duì)應(yīng)第i個(gè)粒子，下標(biāo)j對(duì)應(yīng)粒子的第j維，w為過去值對(duì)現(xiàn)在值的影響慣性因子，取值0.9～0.4，在迭代過程中逐次遞減，g_ij則是對(duì)應(yīng)粒子i的位置向量中第j維元素在勢(shì)場(chǎng)力作用下變化的距離，如下式：

其中，為第i個(gè)粒子中第j個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)受到的x方向上的勢(shì)場(chǎng)力，為第i個(gè)粒子中第j個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)受到的y方向上的勢(shì)場(chǎng)力，MaxStep為最大移動(dòng)步長(zhǎng)；

根據(jù)粒子的飛行速度粒子對(duì)粒子的位置進(jìn)行更新x_ij(t+1)＝x_ij(t)+v_ij(t+1)，將更新后的粒子的位置代入所述適應(yīng)值函數(shù)f(X_i(t))中進(jìn)行評(píng)價(jià)來決定粒子的局部最優(yōu)解然后求出群體中粒子經(jīng)歷的全局最佳位置P_g(t)＝max{f(P₁(t))，f(P₂(t))，…，f(P_M(t))}，根據(jù)所述適應(yīng)值函數(shù)和局部最優(yōu)解對(duì)全局最佳位置進(jìn)行反復(fù)迭代，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，最后得到最優(yōu)解P_g；

匯聚節(jié)點(diǎn)將最優(yōu)解P_g打包廣播出去，傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)包后解析P_g以得到該傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)位置，該傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向所述目標(biāo)位置移動(dòng)。