[發(fā)明專利]最短信息收集路徑的搜索方法、系統(tǒng)、存儲介質及應用

有效

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• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111556546B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 黃鵬宇;王薇;武福平;劉勤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;G06N3/00;H04W4/70;H04W40/22;H04W84/18
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)信息收集技術領域，公開了一種最短信息收集路徑的搜索方法、系統(tǒng)、存儲介質及應用。初始化一條有效的信息收集路徑；將信息收集路徑轉換為一個有序的信息收集點位置鏈表，即一個粒子；隨機選取粒子中的一個信息收集點(維度)位置，根據(jù)預先構建的搜索柵格進行搜索，以獲取更好的信息收集點(維度)位置；遍歷粒子各個維度，合并過于接近的相鄰維度；計算粒子對應的信息收集路徑長度(適應值)；迭代執(zhí)行，直至粒子的適應值不再降低為止；輸出粒子所表示的信息收集路徑及其適應值。本發(fā)明能夠有效地降低移動sink最短信息收集路徑搜索的復雜度與計算量、獲取最佳的信息收集路徑，同時有效地延長物聯(lián)網(wǎng)的生存時間。

技術領域

本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)信息收集技術領域，尤其涉及一種最短信息收集路徑的搜索方法、系統(tǒng)、存儲介質及應用。

背景技術

近年來，物聯(lián)網(wǎng)(Internet ofThings，IoT)在環(huán)境監(jiān)測、火情監(jiān)測、遺址保護和戰(zhàn)場探察等方面都得到了廣泛的應用。為了在以上應用環(huán)境中獲取信息，傳統(tǒng)的做法是將大量的傳感器節(jié)點部署到監(jiān)測區(qū)域中，當目標事件發(fā)生時，傳感器節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)的多跳路徑轉發(fā)給靜止的匯聚節(jié)點(靜態(tài)sink節(jié)點)。由于全網(wǎng)收集的信息都要通過多次中轉逐漸匯聚到靜止的sink節(jié)點，必然會導致靠近sink節(jié)點的傳感器節(jié)點承擔更多的信息轉發(fā)任務、消耗更多能量，從而導致其過早耗盡能量、關機，進而縮短整個物聯(lián)網(wǎng)的生存時間。這就是“能量空洞”問題。為了解決“能量空洞”問題，人們將移動sink方法引入到物聯(lián)網(wǎng)中，即將原來靜態(tài)的sink節(jié)點安裝到可移動的平臺，如：無人機、無人車等，之上構成移動sink節(jié)點。借助平臺的移動性，處于其移動路線周邊的傳感器節(jié)點都可以將其數(shù)據(jù)直接上傳給移動sink節(jié)點。這就將原來靜態(tài)的數(shù)據(jù)匯聚方式在空間上分散給了每一個節(jié)點或者部分節(jié)點集合，從而不再是由少數(shù)靠近靜止sink的節(jié)點來負擔。這種方法很好地解決了靜止sink環(huán)境中，sensor節(jié)點的能耗均衡問題，從而從根本上消除了“能量空洞”問題，進而延長了整個物聯(lián)網(wǎng)的生存時間。并且由于移動sink節(jié)點收集信息時更貼近傳感器節(jié)點，因此有利于提高信息收集的數(shù)量與質量。

然而，在實際應用環(huán)境中，傳感器節(jié)點的布設范圍通常非常廣闊。與此同時，移動sink節(jié)點依賴的移動平臺卻存在一定的速度和能量限制。例如，如果將sink節(jié)點裝載于一般的民用無人機上，當前的民用無人機的飛行速度通常不超過為80km/h，如果安裝于無人車之上，那么速度更低，大約30km/h。因此，如果假設sink節(jié)點的通信半徑為0.5km，那么在一小時內，安裝于無人機上的移動sink節(jié)點大約可以覆蓋80平方千米的范圍。如果安裝于無人車之上，覆蓋范圍則銳減為30平方千米。載體平臺速度不同，覆蓋能力差距顯著。此外sink節(jié)點的能量也會受移動平臺的限制。在此方面，無人車的能源一般比較充裕，但是對于無人機平臺來說，能量使用就存在一定限制。當前大多數(shù)無人機的持續(xù)飛行時間大多低于1小時，再加上移動sink的能耗，飛行持續(xù)時間會更加縮減。所以移動sink信息收集能力會受到載體平臺的能量與移動速度地限制。

通過上述分析，現(xiàn)有技術存在的問題及缺陷為：在實際應用環(huán)境中，傳感器節(jié)點的布設范圍通常非常廣闊，移動sink節(jié)點的信息收集能力受到載體平臺的能量與移動速度地限制。

解決以上問題的難度在于：

(1)如果提高無人機的飛行速度以增加覆蓋能力，那么就需要強度更高的機體材料和強勁的發(fā)送機。但是這兩點都會使設計、使用成本急劇增加。因此在當前的生產(chǎn)、技術水平下，無人機的飛行速度受成本所限難以提高。

(2)對于無人車系統(tǒng)，受當前無人駕駛技術水平和計算能力限制，當前的自動駕駛技術尚無法開發(fā)出有效的無人駕駛車輛。為了避免繁雜的算法使硬件超載，降低失誤與故障的概率，無人車的行駛速度也無法提高。

(3)對于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡性質而言，物聯(lián)網(wǎng)中的sensor節(jié)點大多使用電池供電，因此其發(fā)送功率依照當前通信硬件水平基本無法提高。同時物聯(lián)網(wǎng)中通信是雙向的，單純提高一個方向的通信能力對通信來講沒有很大的幫助，無法解決問題。如果使用高靈敏度接收機，則系統(tǒng)使用成本將會難以承受，同時系統(tǒng)會引入過多干擾。