[发明专利]一种基于选择框的有向K‑栅栏构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于选择框的有向K-栅栏构建方法

背景技术

如何利用有向节点的移动能力实现k-栅栏覆盖是有向传感网络一个研究热点。马华东研究了视频传感器网络中的，最少的有向视频节点组建栅栏问题，陶丹研究如何调整有向节点的感知方向组建有向强栅栏的问题。Zhanget al.研究转动有向节点的构建强栅栏。Y.Wang研究了视频传感网中，节点部署密度和全视域覆盖问题。Wang et al.选择有向节点组建视线栅栏，构建有向传感阵列监视入侵者。Zhibo Wang研究了混合有向网络的栅栏覆盖，根据网络拓扑构建权重栅栏图WBG，再运用顶点不相交的路径算法构造k栅栏，他提出了的strong optimal算法、strong greedy算法构建有向栅栏。

针对有向栅栏的研究，或者只考虑节点的转动或者只考虑有向节点的移动，尚未发现从移动和转动两方面研究栅栏构建。Amac基于移动能耗和转动能耗，研究了有向网络的覆盖增强。另一方面，随机部署后，利用附近节点之间的位置关系，可以选择最优的节点构建栅栏。本章考虑的是如何利用节点的移动和转动能力，节能高效的构建强K-栅栏覆盖，主要发明如下：

1.提出了最少节点的有向强栅栏(strong barrier of minimum directional node，MDNSB)模型；此模型中，组成有向强栅栏的有向节点位置由从左到右的两个基准位置确定，感知方向为水平方向。

2.创建一种新的有向节点能耗模型，有向移动节点的能耗等于移动到基准位置的能耗和感知方向转动到水平方向的转动能耗之和。

3.提出基于有向节点选择框的有向强栅栏构建算法(directional strong barrier construction based on selecting box，DSBCSB)，有向节点选择框以MDNSB的有向节点基准位置为中心，长度为2倍的感知半径，宽度为感知半径的长方形。有向节点选择框从有向节点基准位置附近选择能耗最少的有向移动节点构建MDNSB，降低了栅栏构建过程中的能耗。

发明内容

为了克服已有的栅栏构建方法的不足,本发明提供一种基于选择框的有向K-栅栏构建方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于选择框的有向K-栅栏构建方法，包括以下步骤：

步骤1，选择MDNSB基准位置；

假设0≤s≤K，0≤z≤V，K为要形成的栅栏数，V表示水平方向的分区数。在长为L_sz，宽为W_sz的子区域A_sz中，存在随机分布的N_sz个传感器节点。基准栅栏选取框宽度w_b等于节点选取框的宽度。子区域A_sz多个基准栅栏选择区域中，节点最多的位置就是这个子区域的栅栏位置。

步骤2，节点选择框的创建；

根据最少有向节点的强栅栏的定义，子区域A_sz基准栅栏共有个节点位置；r表示节点的感知半径。从左到右的第i(i＝1,2,3,…,m-1)个节点位置，由左右两个点决定；两个基准位置的坐标从左到右位为如公式(1),(2)所示；其中表示子区域A_sz的左边界的横坐标，表示节点选择框的宽度。基准栅栏最右边的节点位置由子区域的右边界决定，即确定最右边节点位置的两个点横坐标分别为如果超出右边界，则子区域的右边界就是右边的基准点横坐标；其纵坐标仍为

定义1：有向节点选择框，为MDNSB中的有向节点位置选择能耗最少的移动节点而设定的选择框称为节点选择框；

与全向栅栏不同，在MDNSB中，一个节点位置有两个相邻的基准位置决定；先考虑为一个基准位置选择移动节点；为了选择最佳移动节点移动到基准位置，可使基准位置处于节点选择框中心；设节点分布密度为ρ，由于区域内节点服从均匀分布，若以基准位置为中心，划定一个节点选择框，使其内部期望有1个节点移动到基准位置，则子区域期望面积应为1/ρ；相邻的节点选择框存在重叠面积，边长越大，重叠面积越大，造成节点的重新选择，增加算法的复杂度；为了避免这种情况，需要进一步设定节点选择框的长和宽。

另一方面，为了使两个相邻的基准位置均能处于两个彼此不相交的正方形内，则可做两个相邻的基准位置连线的的垂直平分线；再将选择框的长度从两个基准位置两侧分别延伸r/2的距离，由于则一个基准位置的节点选择框的长度