[发明专利]有向移动传感器网络三维空间路径自主部署方法

摘要

本发明提供了一种有向移动传感器网络三维空间路径自主部署方法，该方法首次提出了适用于有向移动传感器网络三维空间的自主覆盖部署，通过构建节点之间、节点与目标路径之间、节点与目标方向之间的虚拟作用力，将有向移动传感器网络节点的协同自主部署过程转化为节点在虚拟力场中受虚拟力作用而自主移动、自主转动的过程。本发明解决了现有技术中有向移动传感器网络无法在三维空间进行路径覆盖部署的问题。

主权项

1.有向移动传感器网络三维空间路径自主部署方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：当前节点获得需要部署到的目标路径的位置信息，以及当前节点的有向传感器需要指向的目标点的位置信息；S2：计算当前节点与邻居节点之间的邻居虚拟力；S3：计算当前节点与目标路径之间的目标路径虚拟引力；S4：计算当前节点所受到的邻居虚拟力和目标路径虚拟引力的合力；S5：当前节点沿合力方向移动一个单位步长；S6：计算当前节点的有向传感器方向与目标方向之间的角度偏差；S7：调整当前节点的有向传感器的方向，使当前节点的有向传感器方向指向目标方向，返回步骤S2继续执行，直到所有节点部署到目标路径上，所述有向移动传感器网络由带有自主移动装置和有向传感器的节点组成，节点的感知范围是一个圆锥体，节点位于圆锥体的锥顶，感知范围能平动或转动，转动是以锥顶为中心进行旋转，所述有向移动传感器网络的节点P的感知模型用一个八元组表示，其中，P(x,y,z)表示三维空间中的节点P的位置坐标；θ表示节点P的有向传感器的感知角度；R引表示节点P的最大通信距离，也是节点间产生虚拟引力的最大距离；C表示节点P的感知范围的外接球的球心坐标，外接球半径为R外，R外计算公式如公式(1)所示：R斥表示节点间产生虚拟斥力的最大距离，R斥小于等于R引且大于等于R外；L表示目标路径，是节点P的最终部署位置；T表示目标点坐标，指示节点P的方向传感器最终指向的方向；S表示节点P的邻居节点集合，邻居节点是指与节点P之间的距离小于等于最大通信距离R引的节点，所述步骤S2进一步包括：S21：设当前节点为Pn，当前节点Pn获得所有邻居节点集合S＝{P1,P2,…}，计算当前节点Pn对应的外接球球心Cn，以及每个邻居节点Pm∈S对应的外接球的球心集合C＝{C1,C2,…}；S22：计算当前节点Pn的外接球球心Cn与每个邻居节点Pm∈S的外接球的球心Cm之间的距离如公式(2)所示：S23：分别计算当前节点P_n的每个邻居节点P_m∈S对当前节点P_n的单邻居虚拟力，其中单邻居虚拟力计算公式如公式(3)所示：其中，k_斥和λ_斥为斥力系数，k_引和λ_引为引力系数，为单位向量，表示由当前节点P_n的外接球球心C_n指向邻居节点P_m∈S的外接球球心C_m的引力方向；S24：根据所有单邻居虚拟力计算当前节点P_n的所有邻居节点对当前节点P_n产生的邻居虚拟力邻居虚拟力的计算如公式(4)所示：所述步骤S6进一步包括：S61：由当前节点P_n指向其外接球球心C_n的单位向量为由当前节点P_n指向目标点T的单位向量为与之间的夹角为α，夹角α的计算如公式(6)所示：S62：若α≤π，节点转动方向为顺时针，旋转角度为α，否则为逆时针旋转2π‑α。