[发明专利]基于网络密度分簇的无线传感器网络多移动信标组移动路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，尤其涉及一种基于网络密度分簇的无线传感器网络多移动信标组移动路径规划方法。

背景技术

近年来，随着无线通信和数字电子技术的发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)由于其高度的学科交叉性和广泛的应用前景而受到世界各国政府部门、工业界、学术界和科研机构的极大关注，对它的研究已成为当前IT领域最具挑战性的课题之一，其应用场景包括环境监测、生物医疗、工业自动化控制、智能家居等诸多领域。位置信息对WSNs的应用具有至关重要的意义，有效而可靠的定位技术及其优化方法是WSNs技术走向实际应用必须攻克的关键支撑技术。WSNs的定位算法主要分为两大类：基于信标和非基于信标的定位算法，信标就是可以预先获取自身位置的节点，基于信标的定位算法用信标定位未知节点，而非基于信标的定位算法主要计算节点间的相对位置。为了提高定位精度、节约网络成本，比较实用的定位方法是利用一些移动信标，按照有效的规划路径移动，通过发送包含自身坐标的信息来定位其他节点。移动信标路径规划问题可分为两类：静态路径规划和动态路径规划。静态移动信标路径规划是指：移动信标按照预先规划好的路径在网络中移动，不需要根据未知节点的分布密度来随时调整移动路径。动态路径规划是指移动信标根据网络中节点的分布情况和移动信标当前位置来确定移动信标下一个移动位置。

目前针对无线传感器网络路径规划的相关研究文献如下：

1.Dimitrios Koutsonikolas等在2007年的《Computer Communication》上发表的文章“Path planning of mobile landmarks for localization in wireless sensor networks”中提出三种信标移动方法：Scan，Double Scan和Hilbert，并比较了这三种规划路径的性能。三种方法中Scan的移动路径最短，移动信标沿着y轴方向移动，但其直线型的移动路径会造成未知节点接收到若干个共线的移动信标信标信号，尤其当信标的通信半径过小，导致许多未知节点无法定位。考虑到SCAN方法中存在共线问题，DOUBIE SCAN中增加一条x轴方向的路径，这种路径规划方法解决了信标信息共线问题，但增加了移动信标的移动路径长度，导致了网络能耗增加。HILBERT由若干个不完全封闭的小正方形组成，路径增加多个转弯以接收更多非共性信标的信息，提高定位率，同时移动路径长度小于Double Scan。

2.Rui Huang等在2007年的“The Fifth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops”上发表的文章“Static path planning for mobile beacons to localize sensor networks”提出两种移动信标移动路径：CIRCLES和S-CURVES，其目的在于减少移动信标辅助定位过程中广播的共线位置信息。移动信标在移动过程中每隔一个周期广播其位置信息，当未知节点收到三个非共线的信标坐标时，就可以计算自身位置。这两种路径规划方法虽然路径长度相对于其他路径规划算法较短，并且相应的节省网络能耗，但移动信标无法到达监测区域边界，导致边缘节点接收不到足够的信标信息从而无法定位。

3.Hongjun Li等在2009年的《Journal of Computer Research and Development》上发表的文章“Path Planning for Mobile Anchor Node in Localization for Wireless Sensor Networks”中提出了宽度优先算法和回溯式贪婪算法，将图论引入到无线传感器网络节点定位中，把无线传感器网络看成一个联通的节点无向图，路径规划问题转化为图的生成树及遍历问题。使用这种路径规划方法，移动信标可以根据接收到的网络信息自适应调节移动路径。动态路径规划产生的路径不是规则的图形，它利用未知节点分布信息动态调整移动信标移动路径，并且移动路径较短，从而克服了静态路径规划的不足之处。