[發(fā)明專利]一種移動(dòng)傳感網(wǎng)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710317870.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107124748B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳友榮;萬(wàn)錦昊;陸思一;劉半藤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江樹(shù)人學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W52/24;H04W84/18
• 代理公司: 33285 紹興市寅越專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 焦亞如<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及一種移動(dòng)傳感網(wǎng)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：初始化各種參數(shù)；將Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集范圍分解成一個(gè)半徑為r的內(nèi)圓和厚度均為r的n?1個(gè)圓環(huán)；監(jiān)測(cè)區(qū)域分成N_P個(gè)子區(qū)域，并取得初始化后的粒子群；計(jì)算每一個(gè)網(wǎng)格的單位節(jié)點(diǎn)能耗；更新個(gè)體極值粒子和全局極值粒子；粒子m₂分別與個(gè)體極值粒子和全局極值粒子進(jìn)行交叉和變異操作；當(dāng)該粒子的移動(dòng)路徑長(zhǎng)度超過(guò)允許的最大移動(dòng)路程L_P時(shí)，執(zhí)行路徑修正操作；m₁＝m₁+1，如果m₁大于M₁，則結(jié)束算法，輸出最優(yōu)移動(dòng)路徑和最大網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，否則m₂＝1，重復(fù)計(jì)算單位節(jié)點(diǎn)能耗。本發(fā)明可尋找到Sink節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)移動(dòng)路徑，盡量讓傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗相同，從而平衡傳感節(jié)點(diǎn)的能耗，提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種移動(dòng)傳感網(wǎng)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感網(wǎng)(wireless sensor networks,WSNs)由空間分布的自主傳感節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)組成，可協(xié)同監(jiān)測(cè)溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)等物理和環(huán)境參數(shù)，在戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控、戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估、工業(yè)過(guò)程監(jiān)控、機(jī)器運(yùn)行狀況監(jiān)控、家庭自動(dòng)化、交通監(jiān)控等軍事、工業(yè)和民用領(lǐng)域上具有較大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。

在無(wú)線傳感網(wǎng)中，能量效率是無(wú)線傳感網(wǎng)的最重要問(wèn)題之一。由于傳感節(jié)點(diǎn)的電池能量有限而且其電池更換需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力，因此無(wú)線傳感網(wǎng)需要在無(wú)人干預(yù)下自行運(yùn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間。但是在靜態(tài)Sink節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)中，由于多跳路由具有熱點(diǎn)且數(shù)據(jù)流量集中，靠近Sink節(jié)點(diǎn)的傳感節(jié)點(diǎn)消耗較多的能量且失效較早。這個(gè)問(wèn)題被稱為無(wú)線傳感網(wǎng)的熱點(diǎn)問(wèn)題。熱點(diǎn)問(wèn)題可惡化無(wú)線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接和生存時(shí)間，甚至使無(wú)線傳感網(wǎng)不能正常工作。為克服熱點(diǎn)問(wèn)題，很多學(xué)者研究Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，讓其周圍的熱點(diǎn)發(fā)生變化且出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的能量消耗和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。如郜帥等人建立優(yōu)先級(jí)高且移動(dòng)距離不小于閾值的虛擬點(diǎn)集合，采用TSP算法求解能遍歷該集合內(nèi)所有虛擬點(diǎn)的最短路徑。郭劍等人將監(jiān)測(cè)區(qū)域分成多個(gè)大小相同的圓盤(pán)。計(jì)算每一個(gè)圓盤(pán)內(nèi)Sink節(jié)點(diǎn)的停留位置，采用量子遺傳算法獲得最短移動(dòng)路徑。汪林云等人利用分簇技術(shù)將傳感節(jié)點(diǎn)分成通信半徑相同的簇，選擇剩余能量相對(duì)充足的傳感節(jié)點(diǎn)作為簇頭。根據(jù)簇頭的位置，利用TSP算法構(gòu)建一條盡可能短的移動(dòng)路徑。Salarian H.等人選擇權(quán)值較高的傳感節(jié)點(diǎn)作為RP點(diǎn)(rendezvous point)，建立點(diǎn)集合，尋找能訪問(wèn)所有RP點(diǎn)且不超過(guò)最大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的路徑。Lee K.等人考慮傳感節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格分布和鄰居傳感節(jié)點(diǎn)的剩余能量變化，提出一種Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的分布式啟發(fā)算法，尋找其停留位置。但是這些算法都假設(shè)所有傳感節(jié)點(diǎn)都能獲知自身位置坐標(biāo)。為保證定位精度，需要安裝GPS或北斗定位模塊，這增加了節(jié)點(diǎn)能耗和系統(tǒng)硬件成本。而且算法所獲得的移動(dòng)路徑是否具有已經(jīng)達(dá)到最大提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的效果，仍需要進(jìn)一步研究，而且很多移動(dòng)路徑的確定需要傳感節(jié)點(diǎn)的位置、能量等信息。

發(fā)明內(nèi)容

為尋找傳感節(jié)點(diǎn)均勻分布時(shí)Sink節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)移動(dòng)路徑和最大網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，本發(fā)明考慮傳感節(jié)點(diǎn)均勻分布的情況，提供了一種移動(dòng)傳感網(wǎng)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑規(guī)劃方法，該方法可尋找到Sink節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)移動(dòng)路徑，從而平衡網(wǎng)絡(luò)能耗，提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

該移動(dòng)傳感網(wǎng)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑規(guī)劃方法，所述的方法包括以下步驟：

(1)初始化當(dāng)前迭代次數(shù)m₁＝1、當(dāng)前粒子m₂＝1、預(yù)設(shè)圓環(huán)厚度值r、Sink節(jié)點(diǎn)的最大通信距離d、預(yù)設(shè)子區(qū)域個(gè)數(shù)N_P、最大迭代次數(shù)M₁、預(yù)設(shè)粒子個(gè)數(shù)M₂和允許的最大移動(dòng)路程L_P；