一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法技术

发明专利技术公开了一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，该方法包括：首先将未知节点邻居的个数及其到邻居节点的距离之比作为密集权重，然后根据密集权重将网络划分成若干簇，利用改进的蚁群算法得到簇头节点的遍历顺序，最后以簇头节点为中心，采用正三角形对簇内的未知节点进行覆盖，得到锚节点最终的移动路径。实施本发明专利技术，能够有效地缩短锚节点的移动路径，减少虚拟信标的数量，有效避免锚节点共线的现象，具有较高的定位覆盖率和定位精度。

A dynamic path planning method of anchor nodes based on clustering of network topology information

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法
本专利技术属于无线传感网络(WirelessSensorNetwork,WSN)和节点定位技术应用领域，具体涉及一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法
技术介绍
无线传感网络由大量的传感器节点和少量的数据采集设备组成，由于其具有成本低、易于部署的优点，广泛用于战场目标定位、智能交通、海洋监测等应用中。在这些应用中，准确获知传感器节点的位置信息是其他应用的技术基础。在无线传感网络中节点主要分为三类：第一类是自身坐标已知的节点，即锚节点；第二类是坐标未知的节点，即未知节点；第三类为汇聚节点，其主要用于融合处理信息，把信息传送给外部网络。锚节点可分为静止锚节点和移动锚节点。对于静止的锚节点，由于其有限的通信范围，如想对监测区域进行全覆盖则需要部署大量的锚节点。而移动锚节点则可通过在移动过程中广播自身位置信息从而产生多个虚拟锚节点，辅助未知节点进行定位。合理地对锚节点移动的路径进行规划能够提升最终的定位性能。现有的锚节点移动策略主要分为静态策略和动态策略两类。静态策略是指预先规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法包括：/n初始状态下，所有传感器未知节点随机分布在网络中，其感知模型为布尔模型；/n定义传感器节点的密集权重，利用密集权重对网络进行分簇，每个簇中仅有一个簇头节点，多个簇内节点；/n利用MDA-MAP算法求得簇头节点的绝对坐标；/n利用改进蚁群算法对簇头节点进行遍历得到锚节点的全局移动路径；/n以等边三角为原则对簇内节点进行覆盖得到锚节点的局部移动路径；/n联合全局、局部移动路径得到锚节点最终的移动路径/n利用三边测量法对传感器未知节点进行定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法包括：
初始状态下，所有传感器未知节点随机分布在网络中，其感知模型为布尔模型；
定义传感器节点的密集权重，利用密集权重对网络进行分簇，每个簇中仅有一个簇头节点，多个簇内节点；
利用MDA-MAP算法求得簇头节点的绝对坐标；
利用改进蚁群算法对簇头节点进行遍历得到锚节点的全局移动路径；
以等边三角为原则对簇内节点进行覆盖得到锚节点的局部移动路径；
联合全局、局部移动路径得到锚节点最终的移动路径
利用三边测量法对传感器未知节点进行定位。


2.如权利要求1所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，簇头节点的选择中，根据传感器未知节点的密集权重进行分簇，其步骤包括：
步骤S1、网络初始化，设置未知节点的感知半径和移动锚节点的通信半径；
步骤S2、未知节点解析接收到的数据包得到该节点的ID、邻居个数和到其邻居的距离；
步骤S3、根据密集权重定义公式计算每个未知节点的密集权重，并存入权重矩阵W中；
步骤S4、密集权重最大的节点作为簇头，将其一跳范围内的邻居加入此簇。同时将此簇中的所有节点对应的密集权重置零，更新矩阵，重复步骤S3，直至W为全零矩阵；
步骤S5、判断所选簇中未知节点的个数，若个数为1，则删除该簇，并将这个未知节点加入到离其最近的簇中，至此，可将网络划分成Na个簇。


3.如权利要求2所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，
网络初始化，假定WSN由N个未知节点组成，节点之间以无线链路的方式接收和发送数据包。数据包包含节点ID、邻居节点ID、RSSI强度及其他相关信息。节点之间的感知模型为布尔型，即



式中，p(s1,s2)表示节点s1与s2互为邻居的概率；Rs为节点的感知半径；d(s1,s2)为两节点之间的欧氏距离。节点之间的相对距离可由下式所示的路径损耗模型求得



式中，p0为初始发射功率；p(d0)为单位距离d0上的路径损耗；λ为路径损耗系数，d为两节点之间的距离；Xσ为高斯白噪声。


4.如权利要求2所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，未知节点的密集权重定义主要取决于节点间邻居节点的个数和节点到其邻居节点的距离之比。



式中，Ni为节点i邻居节点的个数；dij为节点i到节点j的欧氏距离。


5.如权利要求1所述的一种基于网络拓扑信息分簇的锚节点动态路径规划方法，其特征在于，
簇头节点的相对坐标的求取法包括：
假定簇头节点对应的坐标向量为其中Xk＝[xk,yk],k＝1…Na；矩阵B＝XXT。节点i、j的欧氏距离为



节点i、j欧式距离的平方为



定义则平方距离矩阵可写为
D2＝ψIT-2XTX+IψT
式中，I为Na×1维的全1向量。对矩阵D2进行双中心化，可得
B＝-JD2J/2
式中，中心矩阵J＝E-IIT/Na，其中E为单位阵。B可平...

【专利技术属性】
技术研发人员：周非，刘云萍，罗晓勇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50