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专利号: 2022107871169
申请人: 河南科技大学
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:

1.一种自然保护地中栅栏覆盖漏洞的最优修补路径方法,其特征在于:首先通过建立最小传感器移动距离控制模型,再利用监测的自然保护地特征信息进行分类,之后将问题转化为一个最小代价的二分分配问题,最后对传感器的移动距离进行优化,实现最优移动路径;包括如下步骤:步骤1):根据无线传感器网络系统建立传感器最小总移动距离控制模型;

步骤2):根据监测保护地的特性不同,将监测区域分为可入区域和禁入区域;其中可入区域允许移动传感器穿越被监测的区域抵达漏洞位置,禁入区域禁止移动传感器穿越,从而移动传感器需要在保护地外绕行至目标漏洞位置;

步骤3):根据步骤1中所建立的最小传感器移动距离控制模型和步骤2中监测保护地的不同特性,利用无线传感器网络系统信息,获取移动传感器的移动距离;

步骤4):设计最小代价二分分配方法和最短路径控制方法,步骤3中总的移动距离进行优化,实现网络漏洞最优修补路径;

所述步骤3)中利用无线传感器网络系统信息进行移动传感器最小总修补移动距离控制的过程为:首先,基于无线传感器网络系统能够实时获取网络中传感器节点的电量信息,通过定位技术可以确定网络中各节点和栅栏覆盖漏洞的准确位置信息;

其次,通过对网络漏洞位置、移动传感器节点的位置以及监测区域的特性,可以确定出某一移动传感器的移动距离为:式中,ξ和κ为表征监测区域特性的二值变量;ξ=1表示在移动节点mi和损坏节点nj之间没有禁入区域,可沿直线到达损坏节点处;反之ξ=0,κ=1表示在移动节点mi和损坏节点nj之间存在至少一个禁入区域,必须绕行到达损坏节点处,反之κ=0;因此dijk为欧几里得距离, 为绕行距离;

所述步骤4)的最优移动距离的过程为:

首先,对于所监测区域为可入区域的情形,将路径选择问题转化为一个最小移动距离问题,目标函数设计如下:(P1):

Subject to

式中,ξijk是一个二值变量; 是栅栏覆盖漏洞的集合;ξijk=1表示移动传感器mi移动到栅栏漏洞gk中的损坏的静态传感器nj处; 表示一个移动传感器只能到达损坏的固定传感器的最多一个位置修复由静态传感器损坏引起的栅栏漏洞;

其次,在以上的基础上,为了求取最小的移动传感器总移动距离,将问题建立为一个最小代价的二值分配问题;

设计一个二分图H=(u,v,ε),式中u为移动节点的集合,v为损坏的静态传感器的两个不相交且独立的顶点集合,ε为二分图H的边并为两个顶点所表示的传感器节点之间的距离dijk;生成H的邻接矩阵A,可得最优移动路径D=KM(‑A);

所述步骤4)的最优移动距离的过程为:

当监测区域中存在禁入区域,一些移动传感器不能沿直线移动到损坏的静态传感器处,必须绕行到这些损坏位置;在这种情形下,由于禁入区域的存在和传感器节点的随机部署,首先要确定部署在禁入区域内的不能移动的移动传感器节点,即使它距离损坏节点很近;节点的分类方法为:式中,M为所有移动传感器的集合,Ma为在禁入区域内的移动传感器集合,集合M\Ma为可用于修补网络漏洞的传感器集合;

其次,将禁入区域的最小移动距离问题建立为一个最小移动距离问题,目标函数设计如下:(P2):

Subject to

式中,Ma为移动传感器的集合,gk为无线传感器网络中的栅栏漏洞位置, 为移动节点与损坏目标节点之间的距离,即为欧几里得距离或者为绕行距离。

2.根据权利要求1所述的一种自然保护地中栅栏覆盖漏洞的最优修补路径方法,其特征在于:所述步骤1)中的无线传感器网络系统中,在目标栅栏覆盖使用确定性部署策略部署静态传感器节点以构建目标栅栏覆盖网络,而移动传感器使用随机性部署策略部署在网络中,所有传感器的感知模型均为圆盘感知模型。

3.根据权利要求1所述的一种自然保护地中栅栏覆盖漏洞的最优修补路径方法,其特征在于:所述步骤2)中根据所监测的保护地特性人工设置以满足在实际应用中不同场景的要求。

4.根据权利要求1所述的一种自然保护地中栅栏覆盖漏洞的最优修补路径方法,其特征在于:构造一个多源多汇图H′=(V′in∪V′∪V′out,ε′);式中,V′in为可用移动传感器的集合,V′为未损坏的静态传感器节点集合,V′out为损坏的静态传感器集合;每条边ε′表示两个传感器之间的欧几里得距离。

5.根据权利要求4所述的一种自然保护地中栅栏覆盖漏洞的最优修补路径方法,其特征在于:在获取多源多汇图后,使用迪克斯特拉算法计算任一可用移动传感器与任一损坏的静态传感器节点之间距离,即可获取最短绕行距离。