[發明專利]一種在復雜地域的無線傳感器網絡移動基站避障方法

在審

• 申請號: 201910208758.7
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN110012422A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 林師孟;劉徐迅;曾衍輝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W16/18;H04W40/20;H04W84/18;H04L12/733
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裴磊磊

本發明公開了一種在復雜地域的無線傳感器網絡移動基站避障方法，所述方法考慮確定起點和終點的基站移動過程，并在此過程中規避起點與終點連線上存在的障礙，找到一條規避障礙的較短路徑，具體包括以下步驟：S1、生成障礙物的凸包；S2、生成包括起點、終點和障礙物頂點的帶權圖；S3、運行單源最短路徑算法，得到移動基站避開多邊形障礙物的移動路徑。所述方法先將障礙物轉化為凸包，將問題抽象轉化成在帶權圖上求最短路徑的問題，再用啟發式的A*算法求最優解，高效地生成了移動基站的路徑，在有障礙物的復雜區域解決了移動基站的避障問題。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡的數據收集領域，具體涉及一種在復雜地域的無線傳感器網絡移動基站避障方法。

背景技術

無線傳感器網絡是一種新穎的數據收集、處理技術，它是大量微小的、智能化的節點構成的多跳自組織網絡，是物聯網技術的一個重要組成部分，現已被廣泛用于軍事、農業、工業、智能家居、醫療衛生等多個領域。在無線傳感器網絡中，傳感器節點監測產生的數據通常使用一個或多個數據收集器進行收集，這種數據收集器通常稱為基站。

由于傳感器節點通常體積微小，不足以攜帶大容量的電池，其能量十分有限。在傳統的無線傳感器網絡中，通常使用固定不動的基站來收集數據，網絡中的傳感器節點則采用多跳接力傳輸的形式將數據傳輸到基站。然而，這樣做會帶來“能量空洞”問題，即靠近基站的傳感器節點由于承擔較重的數據轉發任務，其能量會較快耗盡，從而影響整個網絡的壽命。隨著傳感器網絡的發展，近年來該領域的研究提出了使用可移動的基站來收集數據，傳感器節點只需要在移動基站靠近它的時候再發送數據，這樣做大大減小了全網的數據傳輸能耗。

移動基站的路徑規劃是研究的熱門問題，有很多學者都提出了相關的解決方案。然而，這些方案大多假設移動基站部署于無障礙的平面上而側重于考慮如何減小網絡的能耗。然而在實際應用中，無線傳感器網絡通常部署在一些人類難以到達的地域，這些地域環境惡劣，情況復雜，可能存在著各種障礙物。因此，移動基站在移動中如何合理規劃路線，規避網絡部署地域內的障礙物，就成了移動基站技術實用化的一個關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，為了使得移動基站在復雜地域中部署的無線傳感器網絡中得到良好的應用，提供了一種在復雜地域的無線傳感器網絡移動基站避障方法，所述方法考慮復雜地域中普遍存在的多邊形障礙物，并采取較高效的手段進行避障，為移動基站在復雜地域中移動收集數據時成功避開這些障礙物提出了一個較優的方案，提高了移動基站技術的實用價值。

本發明的目的可以通過如下技術方案實現：

一種在復雜地域的無線傳感器網絡移動基站避障方法，所述方法考慮確定起點和終點的基站移動過程，并在此過程中規避起點與終點連線上存在的障礙，找到一條規避障礙的較短路徑，具體包括以下步驟：

S1、生成障礙物的凸包；

S2、生成包括起點、終點和障礙物頂點的帶權圖；

S3、運行單源最短路徑算法，得到移動基站避開多邊形障礙物的移動路徑。

進一步地，步驟S1的具體過程為：

S1.1、按照復雜地域的地圖，建立適當的二維直角坐標系(x,y)，區域內存在的障礙物用多邊形表示；

S1.2、對每個障礙物，計算其凸包，然后以凸包的點集替代障礙物的點集。

進一步地，步驟S2的具體過程為：

S2.1、通過移動基站自帶的GPS定位裝置，獲得其當前所在起點START的坐標(x_START,y_START)；

S2.2、在地圖上確定移動終點END(x_END,y_END)；