[发明专利]一种无线传感器网络节点路径平滑控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络节点路径平滑控制方法。 

背景技术

无线传感器网络(WSN)是由许多个带有各种传感器、具有通信和定位能力的网络节点，通过自组织、自动路由形成的一种网络。人们可以将节点散布在高温、高湿、有害气体以及敌方控制区域等我方人员不可能到达的地方以实现连续实时数据采集，以达到无人监测的目的。无线传感器网络在数据的采集质量、鲁棒性和多功能性方面具有许多潜在的优势。在军用和民用方面，可以进行战场监督、搜索和防御、危险环境下工作、环境监控、目标跟踪和遥感，因此越来越受到人们的关注。 

我们在利用虚拟力对传感器网络进行自组织覆盖的过程中发现，有些节点会出现轨迹不平滑的现象。在传统虚拟力法的控制下，传感器节点的位置随时间变化，若没有拓扑事件发生，节点的运动轨迹是平滑连续变化的。对于一个节点来说，拓扑事件是这样定义的：“发生器”丢失一些节点或是增加了一些新的节点，拓扑事件就发生了。根据虚拟力函数的定义，对于一个机器人来说，它的连续性取决于它的相邻节点的数量。当它丢失或是增加一些相邻节点时，剧烈的变化就发生了。虚拟力的连续性也受拓扑事件的影响。虚拟力在运动中有一个突然的改变，正是这一点，导致了自组织运动轨迹的不连续。另一个问题是虚拟势场力在开始时是非常大的，有可能超出移动传感器节点的速度限制。 

为了使运动轨迹平滑，受生物学的启发，分流模型被引入。这种分流模型起初是基于薄膜模型发展而来的，它被引入非线性系统控制和移动机器人跟踪控制。它能够描述对于复杂和动态环境实时自适应的行为经过分析论证，是由于节点所受虚拟力不连续造成的。为了解决这一问题，我们引入生物神经元分流模型，与虚拟力法相结合，有效的平滑了传感器网络节点自组织路径。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于生物分流模型的无线传感器网络节点路径平滑控制方法，能针对无线传感器网络在自组织过程中出现受力不连续、轨迹不平滑的问题，提出一种路径平滑策略，从而高效地自组织节点，保证节点轨迹顺畅。 

具体实现的技术方案是：一种无线传感器网络节点路径平滑控制方法，包括以下步骤： 

(1)随机将传感器节点初始布置在任务区域中间位置； 

(2)利用传统虚拟力算法对任务区域内的传感器节点进行自组织覆盖； 

(3)模拟无线传感器网络在运行过程中因故障的传感器节点丢失的现象，中途停止若干个传感器节点，使网络拓扑发生变化： 

(4)基于生物分流模型，更新节点运动学方程，使得对于传感器节点的任何激励和抑制都被限制在一定区间里，进而使传感器节点的运动路径得到有效平滑。 

进一步，所述步骤(2)中所述传统虚拟力算法对传感器节点R_i的运动学方程为： 

d2S(i)dt2=1mΣFi]]>

其中，S，m分别为节点位移、质量，t为时间。 

两个传感器节点R_i与R_j之间的虚拟力F_i，包括以下两部分(参见附图5)： 

①R_i所受的来自其他传感器节点的引斥力，定义为：