1.一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,包括:
步骤(1):将入侵对象抽象为一个点,建立单点入侵的二维监测区域覆盖模型;
步骤(2):根据单点入侵的二维监测区域覆盖模型以及网格聚类算法,对二维监测区域进行网格划分,根据划分后的每个网格的覆盖度进行聚类,再根据当前覆盖度和需求覆盖度的比较,在二维监测区域中进行移动部署传感器节点,最终实现二维监测区域的可变k覆盖。
2.如权利要求1所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(1)中建立单点入侵的二维监测区域覆盖模型的过程为:步骤(1.1):划分区域,根据入侵对象预测运行轨迹以及监测区域中不同目标区域所需监测的重点程度及等级进行划分监测区域的监测等级;
步骤(1.2):确定向整个监测区域抛洒传感器节点的最大数量;
步骤(1.3):网格聚类,将监测区域划分为若干个单位长度的正方形网格cell,将覆盖度相同的cell划分到同一聚类区域中,直到不再有覆盖度相同的网格为止。
3.如权利要求2所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(1.1)中划分区域的过程,包括:获取入侵对象预测运行轨迹,将入侵轨迹向左、向右分别移动固定距离形成四条轨迹线;其中,中间两条相邻的轨迹线之间的区域设为用于实现3重覆盖的重点监测区域,重点监测区域左右两边均依次设为用于实现2重覆盖的次重点区域以及用于实现1重完全覆盖的一般区域。
4.如权利要求2所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(1.1)中划分区域的过程,还包括:假设入侵对象为规则性前进,则入侵对象预测运行轨迹为一条曲线;
通过监测入侵监测区域中其地理位置的实时变化情况,获取预测入侵轨迹。
5.如权利要求3所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(1.2)中确定向整个监测区域抛洒传感器节点的最大数量n为:其中,Nt为整个监测区域实现1重覆盖时所需节点数量; 为重点监测区域的面积; 为次重点监测区域的面积; 为一般区域的面积;dk3为重点监测区域;dk2为次重点监测区域;dk1为一般区域;整个监测区域为X*Y大小的二维矩形区域;整个监测区域的横向所需节点数量为 整个监测区域的纵向所需节点数量为[]为取整符号,rem为取余数;Rs为监测区域内的传感器节点的感知半径;X和Y均大于零。
6.如权利要求5所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(1.3)中重点监测区域的面积 为:其中, 均为权重数, S'(dk3)为入侵点处于左侧边缘底端,入侵轨
迹约最长时的重点监测区域dk3的面积;S”(dk3)为入侵点处于左侧边缘中心时,重点监测区域dk3的面积。
7.如权利要求2所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(2)中,在监测区域中进行移动部署传感器节点的过程,包括:步骤(2.1):在整个监测区域抛洒最大数量的抛洒传感器节点,并对监测区域进行网格划分,计算每个网格的覆盖度,得到监测区域初始覆盖矩阵;入侵对象达到后预测入侵轨迹,并根据预测的入侵轨迹以及监测区域中不同目标区域所需监测的重点程度及等级进行划分监测区域的监测等级,同时向整个传感器节点组成的网络进行广播;
步骤(2.2):利用覆盖度矩阵对不同监测等级的监测区域进行分别进行网格聚类;比较网格的实际覆盖度与需求覆盖度,并形成需要移动节点集合A及需要增加传感器节点的区域集合B;
步骤(2.3):根据集合A中传感器节点与集合B中网格形心的欧氏距离,建立集合A与B间的点与区域的移动调整关系;传感器节点移动过程中实时更新传感器节点位置及覆盖矩阵,直至实现监测区域所划分的区域的覆盖满意度均不小于整个监测区域的覆盖满意度阈值。
8.如权利要求7所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(2.2)中形成需要移动传感器节点集合A及需要增加传感器节点的区域集合B的具体过程为:若Kcurrent(i.j)>Kneed(i.j),则此网格处有冗余传感器节点,将离此网格最远的传感器节点vm依次加入需移动传感器节点集合A,即vm∈A;
若Kcurrent(i.j)<Kneed(i.j),则此网格处覆盖传感器节点数不足,需要添加传感器节点,令该网格cell∈B,B为需要添加传感器节点的目标网格的集合;
其中,Kcurrent(i.j)为网格celli,j的当前覆盖度,Kneed(i,j)为网格celli,j的需求覆盖度,celli,j为横坐标为i且纵坐标为j的网格,i∈[0,X-1],j∈[0,Y-1],X为监测区域水平长度,Y为监测区域垂直长度;m=1,2,3,...,M;M小于等于传感器节点的最大数量n,M和n均为正整数;X和Y均大于零。
9.如权利要求8所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(2.3)中传感器节点移动过程,包括:步骤(2.3.1):根据A中传感器节点vm的地理位置以及B中网格celli,j的形心地理位置,求取vm与celli,j之间欧式距离;
步骤(2.3.2):在B中按优先级顺序将cell排列成一新队列,其中,B中优先级以cell需求覆盖度Kneed(i.j)为依据,Kneed(i.j)越高需求级别越高,排在队列前端,优先被满足;
步骤(2.3.3):从B中按队列顺序依次取出cell,找到A中与其距离最近的传感器节点,进行移动填补,然后分别从A、B集合中去除已处理的传感器节点和cell;
步骤(2.3.4):重复步骤(2.3.1)-(2.3.3),直到集合B为空。
10.如权利要求7所述的一种二维入侵监测区域的可变k覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤(2.3)整个监测区域所划分的区域S的覆盖满意度S(C)为:其中,C为整个监测区域;Kcurrent(i.j)为网格celli,j的当前覆盖度,Kneed(i,j)为网格celli,j的需求覆盖度,celli,j为横坐标为i且纵坐标为j的网格,i∈[0,X-1],j∈[0,Y-1],X为监测区域C的水平长度,Y为监测区域C的垂直长度;X和Y均大于零。