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专利号: 2021108318667
申请人: 成都信息工程大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向三维场景的移动有向传感器网络覆盖优化方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、获取传感器节点的部属位置信息构建传感器三维有向感知模型,其中传感器节点的部署位置信息包括传感器节点的空间位置、感知半径、感知方向、水平感知夹角以及垂直感知夹角;

S2、根据传感器节点的Z轴坐标数值计算传感器节点的最优俯仰角;

S3、根据传感器节点的高度信息和最优俯仰角构建该节点在XOY平面的投影模型;

S4、对步骤S4所构建的XOY平面的投影模型进行调整并更新传感器节点位置,调整传感器节点的感知方向,利用二维平面覆盖优化算法对更新之后的传感器节点位置以及偏向角进行优化,实现三维场景的覆盖增强,具体包括:S41、计算任意传感器节点 受到周围所有邻居节点虚拟力的合力,计算方式为:;

其中,

表示传感器节点 受到任意相邻节点的作用力,且;

, , , 表示虚拟力增益系数, 表示传感器节点 的质量, 分表示传感器节点 任意相邻节点 的质量, 表示节点 和 之间的距离, 表示传感器节点之间的最优距离, 表示传感器的通信距离;

表示传感器节点 受到其通信半径内所有未被覆盖的区域的虚拟质心 的合力,且;

, 是虚拟力增益系数, 是传感器节点 到虚拟质心 的距离;

S42、根据步骤S41计算的虚拟力的合力,分别计算传感器节点 在X轴方向和Y轴方向的调整量,获得传感器节点 调整后的位置,并对更新传感器节点 的位置信息,更新方式为:;

其中, 是节点 所受合力, 、 分别是 在 轴和 轴的分力, 是节点受力移动的阈值, 是设定的最大移动距离, 为传感器节点 的原位置坐标, 为传感器节点 更新之后的位置坐标;

S43、重复步骤S41‑S42直至所有传感器节点位置更新后,将传感器节点位置固定,调整节点的感知方向,具体包括:S431、建立节点感知区域的虚拟受力调整模型,将节点感知范围按不同的覆盖区域划分为多个分区,表示为:;

其中, 为该区域的质心位置, 是区域中虚拟格点的数目,为区域质心;

S432、计算不同覆盖区域的质心,判断任意两个互为邻居的传感器节点是否存在覆盖重叠区域,若存在则计算重叠质心与节点 覆盖区域质心的斥力,表示为:;

其中, 重叠区域质心 与传感器节点 的质心 之间的欧氏距离,传感器节点受力方向,从 指向 , 单位斥力, 有效覆盖率;

S433、计算传感器节点 受力调整角度,表示为:;

其中, 、 为常数,分别表示旋转角度和斥力的最大值, 表示斥力 在垂直方向的分力;

S434、利用蝙蝠算法对传感器节点 的角度调整量进行优化,输出调整后的传感器节点角度调整量,表示为:;

其中, 表示蝙蝠 的第 维元素角度调整量, 表示节点在虚拟力作用下感知角度的调整量,表示用于调节虚拟斥力影响的加速因子, 表示节点现在的感知方向, 表示最优蝙蝠的第 维元素。

2.根据权利要求1所述的一种面向三维场景的移动有向传感器网络覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:S21、将各传感器节点 的空间位置投影到XOY平面;

S22、根据传感器节点 的感知方向以及平面位置将所有传感器节点划分为4个不相交的集合,判断当前节点所处的集合位置,表示为 ;

S23、根据各节点所处的不同集合位置计算各节点的最优俯仰角。

3.根据权利要求2所述的一种面向三维场景的移动有向传感器网络覆盖优化方法,其特征在于,所述步骤S23中根据各节点所处的不同集合位置计算各节点的最优俯仰角的计算方式为:当传感器节点 时, ,此时,该传感器节点的最优俯仰角 ;

当传感器节点 时, ,该传感器节点的最优俯仰角;

当传感器节点 时, ,该传感器节点的最优俯仰角当传感器节点 时, ,该传感器节点的最优俯仰角;

其中, 为传感器节点的最优俯仰角, 表示传感器节点的覆盖区域在XOY平面投影的外半径且 , 表示当前传感器节点覆盖区域最远位置的在XOY平面投影的坐标, 表示当前传感器节点的空间位置坐标值,表示步骤S22中划分的传感器节点的集合的索引,表示垂直感知夹角,为当前传感器的垂直方向的偏移角度。