基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，包括以下步驟：1、設(shè)定無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域范圍、傳感器的探測距離；2、無線傳感器在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的布撒；3、確定無線傳感器節(jié)點的坐標(biāo)值，計算各節(jié)點之間距離，存儲至節(jié)點坐標(biāo)矩陣；4、計算各節(jié)點的受力情況；5、判斷節(jié)點移動是否滿足約束條件：如果是則以當(dāng)前的節(jié)點坐標(biāo)矩陣作為節(jié)點位置數(shù)據(jù)輸出；否則進(jìn)入下一步驟；判斷節(jié)點位置與監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界之間的距離是否超過距離閾值：如果未超過，則使節(jié)點受力后正常移動，返回步驟3；如果超過，則使節(jié)點停止向監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界方向的移動，回彈第二距離閾值，然后返回步驟3。本發(fā)明還涉及一種無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化系統(tǒng)。
【專利說明】基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法與系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化 方法與系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感網(wǎng)中的節(jié)點一般有成本較低，節(jié)點能量有限，探測和通信距離有限，一次 布撒后很少進(jìn)行人工干預(yù)等特點。在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用中，有時為了探測敵情的需要，要把傳 感器節(jié)點布置在敵方一側(cè)，或者是距離敵方要害部門較近的地方，這時不宜采用人工布撒 的方式，只能采用飛機(jī)或?qū)棽既龅姆绞?。采用非人工布撒的方式雖然速度較快，效率也比 較高，但是布撒過程中容易出現(xiàn)節(jié)點分布不均勻，以至于監(jiān)測區(qū)域不能被有效覆蓋的情況， 這就需要對無線傳感網(wǎng)覆蓋的優(yōu)化問題做深入的研究。
[0003] 解決非人工布撒傳感網(wǎng)節(jié)點時容易出現(xiàn)的節(jié)點分布不均勻，使得監(jiān)測區(qū)域不能被 有效覆蓋的問題主要有兩種思路：一種是對監(jiān)測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)飽和布撒，即用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常數(shù) 量的大量傳感器布撒到監(jiān)測區(qū)域；另一種是用有限數(shù)量的節(jié)點對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行布撒，布撒 后的節(jié)點采用一定的機(jī)制實現(xiàn)所有節(jié)點的定位，通過無線網(wǎng)絡(luò)返回給用戶終端所有節(jié)點的 坐標(biāo)，用戶終端根據(jù)收集的節(jié)點位置信息，按照集中式或分布式方式，采用一定的算法調(diào)整 各節(jié)點位置，將節(jié)點的位置調(diào)整信息分發(fā)給各節(jié)點，最終在節(jié)點有一定移動能力的前提下， 實現(xiàn)節(jié)點位置更新和網(wǎng)絡(luò)覆蓋率優(yōu)化的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法與系統(tǒng)，旨 在解決傳感器節(jié)點布撒時的過于集中和過于分散的問題，同時實現(xiàn)針對特定區(qū)域隨機(jī)布撒 傳感器節(jié)點覆蓋后的優(yōu)化。
[0005] 本發(fā)明的上述目的通過獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有 利的方式發(fā)展獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0006] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，其實現(xiàn)包括以下步驟：
[0008] 步驟1、通過輸入設(shè)定無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域范圍、傳感器的探測距離；
[0009] 步驟2、使用隨機(jī)數(shù)矩陣生成方式實現(xiàn)無線傳感器在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的布撒，形成 節(jié)點分布圖；
[0010] 步驟3、確定所有無線傳感器節(jié)點的坐標(biāo)值，并根據(jù)節(jié)點坐標(biāo)逐個計算各節(jié)點與其 余各節(jié)點之間距離，存儲前述節(jié)點坐標(biāo)值及節(jié)點間距離至一節(jié)點坐標(biāo)矩陣；
[0011] 步驟4、根據(jù)節(jié)點間距離值計算各節(jié)點的受力情況，包括斥力和引力；
[0012] 步驟5、判斷節(jié)點移動是否滿足約束條件：如果是，則以當(dāng)前的節(jié)點坐標(biāo)矩陣作為 節(jié)點位置數(shù)據(jù)輸出；否則，進(jìn)入下述步驟6 ;
[0013] 步驟6、判斷節(jié)點位置與監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界之間的距離是否超過一距離閾值： 如果未超過距離閾值，則使節(jié)點受力后按照其所受斥力或引力的方向和大小移動，且每次 移動的距離為0. lm，然后返回步驟3 ;如果超過該距離閾值，則使節(jié)點停止向監(jiān)測區(qū)域范圍 的邊界方向的移動，并回彈設(shè)定的第二距離閾值，然后返回步驟3。
[0014] 進(jìn)一步的實施例中，前述步驟4中，節(jié)點受力的計算，包括以下步驟：
[0015]以下述公式計算引力y引力（X)和斥力y斥為（X):

【權(quán)利要求】
1. 一種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、通過輸入設(shè)定無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域范圍、傳感器的探測距離； 步驟2、使用隨機(jī)數(shù)矩陣生成方式實現(xiàn)無線傳感器在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的布撒，形成節(jié)點 分布圖； 步驟3、確定所有無線傳感器節(jié)點的坐標(biāo)值，并根據(jù)節(jié)點坐標(biāo)逐個計算各節(jié)點與其余各 節(jié)點之間距離，存儲前述節(jié)點坐標(biāo)值及節(jié)點間距離至一節(jié)點坐標(biāo)矩陣； 步驟4、根據(jù)節(jié)點間距離值計算各節(jié)點的受力情況，包括斥力和引力； 步驟5、判斷節(jié)點移動是否滿足約束條件：如果是，則以當(dāng)前的節(jié)點坐標(biāo)矩陣作為節(jié)點 位置數(shù)據(jù)輸出；否則，進(jìn)入下述步驟6 ; 步驟6、判斷節(jié)點位置與監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界之間的距離是否超過一距離閾值：如果 未超過距離閾值，則使節(jié)點受力后按照其所受斥力或引力的方向和大小移動，且每次移動 的距離為0. lm，然后返回步驟3 ;如果超過該距離閾值，則使節(jié)點停止向監(jiān)測區(qū)域范圍的邊 界方向的移動，并回彈設(shè)定的第二距離閾值，然后返回步驟3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，其特征在于， 前述步驟4中，節(jié)點受力的計算，包括以下步驟： 以下述公式計算引力y引力（X)和斥力y斥^ (X):
其中，X為節(jié)點間的距離，dbal為節(jié)點間的平衡距離，d_ = 4r，r為前述設(shè)定的傳感器 的探測距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，其特征在于， 前述方法更包含以下步驟： 設(shè)定前述節(jié)點間的平衡距離dbal :
其中，r為前述設(shè)定的傳感器的探測距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方法，其特征在于， 前述方法更包含以下步驟： 設(shè)定節(jié)點移動的約束條件，即節(jié)點的受力平衡或者達(dá)到預(yù)設(shè)的移動次數(shù)。
5. -種基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括第一模塊、第二 模塊、第三模塊、第四模塊、第五模塊以及第六模塊，其中： 用于通過輸入設(shè)定無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域范圍、傳感器的探測距離的第一模塊； 用于使用隨機(jī)數(shù)矩陣生成方式實現(xiàn)無線傳感器在監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的布撒形成節(jié)點分 布圖的第二模塊； 用于確定所有無線傳感器節(jié)點的坐標(biāo)值，并基于節(jié)點坐標(biāo)逐個計算各節(jié)點與其余各節(jié) 點之間距離，以及存儲前述節(jié)點坐標(biāo)值及節(jié)點間距離至一節(jié)點坐標(biāo)矩陣的第三模塊； 用于根據(jù)節(jié)點間距離值計算各節(jié)點的受力情況的第四模塊，前述節(jié)點的受力情況包括 斥力和引力； 用于判斷節(jié)點移動是否滿足約束條件并執(zhí)行相應(yīng)處理的第五模塊：如果滿足約束條 件，則以當(dāng)前的節(jié)點坐標(biāo)矩陣作為節(jié)點位置數(shù)據(jù)輸出；如果不滿足約束條件，則控制所述第 六模塊執(zhí)行相應(yīng)處理； 用于判斷節(jié)點位置與監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界之間的距離是否超過一距離閾值并執(zhí)行相 應(yīng)處理的第六模塊：如果未超過距離閾值，則使節(jié)點受力后按照其所受斥力或引力的方向 和大小移動，且每次移動的距離為0. lm，然后控制第三模塊、第四模塊和第五模塊重新執(zhí)行 相應(yīng)的計算和處理；如果超過該距離閾值，則使節(jié)點停止向監(jiān)測區(qū)域范圍的邊界方向的移 動，并回彈設(shè)定的第二距離閾值，然后控制第三模塊、第四模塊和第五模塊重新執(zhí)行相應(yīng)的 計算和處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 前述第四模塊被配置為按照如下方式計算節(jié)點的受力情況，即引力yg力（X)和斥力 (X):
其中，X為節(jié)點間的距離，dbal為節(jié)點間的平衡距離，d_ = 4r，r為前述設(shè)定的傳感器 的探測距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 前述第一模塊還被配置用于設(shè)定前述節(jié)點間的平衡距離dbal :
其中，r為前述設(shè)定的傳感器的探測距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于虛擬力算法的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 前述第一模塊還被配置用于設(shè)定節(jié)點移動的約束條件： 即節(jié)點的受力平衡或者達(dá)到預(yù)設(shè)的移動次數(shù)。
【文檔編號】H04W16/18GK104333866SQ201410579915
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】王曉萍, 周文, 徐立升, 張日飛, 蔣秀波, 宋早迪, 崔雪峰, 武澎 申請人:北方信息控制集團(tuán)有限公司