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专利号: 2019111718117
申请人: 西安航空学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于K均值算法的双层结构无线传感器网络节点部署方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:在目标区域内已知M个目标位置,即集合L={l1,l2,…,lm};传感器节点感知半径Rs与通信半径Rc,中继节点的通信半径 传感器节点位置集合S和基站位置集合 即集合S={Φ}和 将基站位置加入中继节点初始位置集合γ,即γ={b1};

步骤2:根据目标位置集合L和三点定圆——随机增量法,计算集合L的最小包围圆半径Rcircle与圆心坐标c1;如果Rcircle≤Rs,将c1加入集合S,即S={s1},其中s1=c1,转步骤4;否则转步骤3;

步骤3:计算覆盖目标位置集合L所需部署的传感器节点数N与位置集合S={s1,s2,…,sn};

步骤4:如果元素个数|S|=1,计算欧几里德距离|s1-b1|,并在s1,b1两点间部署个中继节点;否则步骤5;

步骤5:计算覆盖通信传感器节点集合S所需部署的中继节点数O与位置集合γS={γs1,γs2,…,γso},o=O;

步骤6:对中继节点位置坐标集合

构造完全图G(V,E),其中V为顶点集合,E为边集合;根据集合E生成邻接矩阵,使用最小生成树算法,获取最小生成树集合MST={(vi,vj,|vi‑vj|)},vi≠vj,vi,vj∈V,vi,vj对应的位置坐标分别为γi,γj;

步骤7:计算连通最小生成树集合MST所需部署的中继节点数P与位置集合γγ={γγ1,γγ2,…,γγp};

所述步骤3具体包括下列步骤:

步骤3.1:根据目标位置集合L,使用K均值聚类算法进行K=2聚类,初始中心选取集合L中位置相距最远的两个目标;

步骤3.2:对于集合L中每一个元素li,计算其应该属于的类;

步骤3.3:对于每一个类,重新计算该类的中心;

步骤3.4:迭代步骤3.2、3.3;直至新的聚类中心与原中心相等;

步骤3.5:对于每一个类,使用计算几何三点定圆算法计算该类的最小包围圆的圆心位置ci与半径Rcircle;

步骤3.6:若该类的最小圆满足Rcircle≤Rs,则将Ci加入传感器节点位置集合S={s1,s2,…,sn},其中s1=c1,s2=c2,…,sn=cn;否则以类中的所有元素更新集合L,并迭代步骤

3.1~3.6;

所述的步骤7具体为:

步骤7.1:删除MST中|vi‑vj|≤R的元素(vi,vj,|vi‑vj|),更新MST;

步骤7.2:若MST不为空,搜索|vi‑vj|>2R,在vi,vj两点间部署 个中继节点,同时删除MST中|vi‑vj|>2R的元素(vi,vj,|vi‑vj|),更新MST并提取所有元素中的顶点,并删除相同的点,组成新集合V;

步骤7.3:对集合V使用K均值聚类算法进行K=2聚类,初始中心选取集合V中相距最远的两个元素的中点;

步骤7.4:对于集合V中每一个元素,计算其应该属于的类别;

步骤7.5:计算新类的中心并迭代步骤7.4,直至新的聚类中心与原中心相等;

步骤7.6:对于每一个类中所有点,计算该类的最小包围圆的圆心ci与半径Rcircle;

步骤7.7:若该类的最小圆满足 则将Ci加入传感器节点位置集合γγ={γγ1,γγ2,…,γγp},其中γγ1=c1,γγ2=c2,…,γγp=cp;否则以类中的所有元素更新集合V,并迭代步骤7.3~7.7;

步骤7.8:删除最终节点部署位置与待连通节点位置相同的部署节点;

步骤7.9:对所有节点重新构造最小生成树,对不连通节点对等间隔插入中继节点以已知通信距离进行连通。