[发明专利]一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法

摘要

本发明公开了一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法，包括以下步骤：步骤一、初始化无线定位系统；步骤二、信标节点测量自身到自身感知范围内所有移动节点的距离，并将测距信息发送到中心节点；步骤三、中心节点集中式计算目标区域内所有移动节点的位置坐标；步骤四、中心节点对目标区域进行网格划分；步骤五、中心节点通过密度聚类方式搜索每个子网格中的节点聚集簇；步骤六、中心节点对相邻的节点聚集簇进行合并；步骤七、输出所有移动节点聚集簇的区域信息及相应节点ID。本发明计算复杂度低，通信消耗少，节点聚集簇搜索速度快且准确度高，可适用于任意场景下移动节点聚集状态的自动感知，因此本发明具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于无线定位的移动节点聚集感知方法，其特征在于：它通过以下步骤来实现：步骤一、初始化无线定位系统；无线定位初始阶段，中心节点向目标区域内的所有信标节点发送定位命令数据帧，此命令数据帧中包含校准时间t₀和测距允许时间Δt，Δt取大于0的实数；步骤二、信标节点测量自身到自身感知范围内所有移动节点的距离，并将测距信息发送到中心节点；信标节点接收到中心节点发送的定位命令数据帧后，将自身系统时间设为t₀，并向网络中广播包含自身ID的请求应答数据帧；在信标节点感知范围内的移动节点收到请求应答数据帧后发送应答数据帧进行应答，每个信标节点在t₀+Δt时间段内接收移动节点发送的应答数据帧，并根据自身收到的应答数据帧测量自身到相应移动节点的距离；当测距过程结束之后，每个信标节点将其收集到的测距信息发送给中心节点；所述信标节点是指自身位置坐标已知并能测量自身到相邻节点距离的无线节点；步骤三、中心节点集中式计算目标区域内所有移动节点的位置坐标；中心节点根据信标节点发送的测距信息，集中式计算出目标区域内所有移动节点的位置坐标；具体步骤为：①对于移动节点M_a，a为移动节点的ID，a=1,2,…,A，A为目标区域内的移动节点总数量，取自然数，中心节点根据信标节点N_i(i＝1,2,…n)到移动节点N_a的测量距离d_ai(i=1,2,…n)，n为自然数，建立如下有偏最小二乘模型：其中，未知向量X_a为移动节点N_a的待估坐标，已知向量X_i(i=1,2,…n)为信标节点N_i(i＝1,2,…n)的位置坐标，标量b为信标节点的测距偏差；当测距偏差已知时b为常数，当测距偏差未知时b为待估未知数；求解式(1)即可得出移动节点N_a的估计坐标②取a=1,2,…,A，重复步骤①，求出所有移动节点的估计坐标步骤四、中心节点对目标区域进行网格划分；设定长方形子网格的长度l和宽度w，l和w取正实数，中心节点将目标区域均匀划分为K子网格G_k(k=1,2,…,K)，K取自然数；在网格划分过程中，将不规则或者不足一个网格面积的子区域当作一个网格；步骤五、中心节点通过密度聚类方式搜索每个子网格中的节点聚集簇；中心节点首先统计每个子网格中所有移动节点的密度信息，找出移动节点中的核心点和次核心点；然后从任意核心点开始，通过密度聚类的方式找出一个完整的节点聚集簇；当所有核心点都被遍历完成后，输出子网格中所有节点聚集簇的信息；所述节点密度是指节点ε邻域内包含的其他节点数目，ε为节点邻域的半径；所述核心点是指自身密度大于等于阈值T的移动节点；所述次核心点是指处在核心点的邻域内但自身的密度小于阈值T的移动节点；所述节点聚集簇是指一组高密度节点的集合；具体步骤为：①设定邻域半径ε和密度阈值T，ε取正实数，T取自然数；②判断移动节点是否为核心点；取a=1,2,…,A，计算目标区域内所有移动节点M_a的密度ζ_a；如果ζ_a≥T，则M_a为核心点，且将M_a标记为未处理的核心点；同时，设定迭代次数k=1；③对于子网格G_k，取G_k中节点聚集簇数目为F_k=0；④判断子网格G_k中是否存在未处理的核心点；如果G_k中存在未处理的核心点，取F_k=F_k+1，转到下一步；如果不存在未处理的核心点，转到步骤⑨；⑤取子网格G_k中的任意未处理的核心点M_a，将M_a和其邻域内的所有移动节点归于同一个簇并将M_a标记为已处理的核心点；⑥搜索中未处理的核心点，将其邻域内的所有移动节点添加到簇中；⑦重复步骤⑥，直到簇中的所有核心点都被标记为已处理的核心点；⑧完成簇的扩展，转到步骤④；⑨完成子网格G_k的搜索；如果F_k>0，输出G_k的节点聚集簇数目F_k和G_k中所有的节点聚集簇；⑩取k=k+1，如果k≤K，转到步骤③；否则，结束子网格中节点聚集簇的搜索；步骤六、中心节点对相邻的节点聚集簇进行合并；中心节点统计出每个子网格中的节点聚集簇之后，根据簇边界中核心点的连通度关系确定相邻子网格中的节点相邻聚集簇，并对其进行合并；所述节点相邻聚集簇是指存在连通核心点的一对节点聚集簇；所述连通核心点是自身邻域包含对方且自身又处在对方邻域内的一对核心点；步骤七、输出所有移动节点聚集簇的区域信息及相应节点ID；中心节点完成所有节点相邻聚集簇的合并之后，输出所有聚集簇C^(j)(j=1,2,…,J)的区域信息(j=1,2,…,J)和每个簇中的节点ID；其中，J为目标区域中节点聚集簇的数目，取大于等于0的正整数；为第j个移动节点聚集簇所在的长方形区域的中心坐标，和分别表示第j个移动节点聚集簇所在的长方形区域的长度和宽度。