[发明专利]无线传感器网络中基于正六边形的移动锚节点路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，尤其涉及一种无线传感器网络中基于正六边形的移动锚节点路径规划方法。

背景技术

近年来，随着无线通信和数字电子技术的发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)在环境监测、目标跟踪、智能交通等诸多领域得到了广泛的应用，并且已得到政府部门、工业界、学术界和科研机构的极大关注。位置信息对WSNs的应用具有至关重要的意义，有效而可靠的定位技术及其优化方法是WSNs技术走向实际应用必须攻克的关键支撑技术。WSNs的定位算法主要分为两大类：基于锚节点和非基于锚节点的定位算法，锚节点就是可以预先获取自身位置的节点，基于锚节点的定位算法用锚节点定位未知节点，而非基于锚节点的定位算法主要计算节点间的相对位置。为了提高定位精度、节约网络成本，比较实用的定位方法是利用一些移动锚节点，按照有效的规划路径移动，通过发送包含自身坐标的信息来定位其他节点。移动锚节点路径规划问题可分为两类：静态路径规划和动态路径规划。静态路径规划是指移动锚节点按照预先规划好的路径移动。动态路径规划是指移动锚节点根据节点的分布情况动态规划移动锚节点路径。

目前针对无线传感器网络路径规划的相关研究文献如下：

1.Rui Huang等在2007年的《In Proceeding of the Fifth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops》上发表的文章“Static path planning for mobile beacons to localize sensor networks”提出两种锚节点移动路径：CIRCLES和S-CURVES，其目的在于减少锚节点辅助定位过程中广播共线的位置信息。移动锚节点在移动过程中每隔一个周期广播其位置信息，当未知节点收到三个非共线的信标信息时，就可以计算自身位置。这两种路径规划方法虽然路径长度相对于其他路径规划算法较短，并且相应的节省网络能耗，但移动锚节点无法到达监测区域边界，导致边缘节点接收不到足够的信标信息从而无法定位。

2.Dimitrios Koutsonikolas等在2007年的《Computer Communication》上发表的文章“Path planning of mobile landmarks for localization in wireless sensor networks”中提出三种锚节点移动方法：Scan，Double Scan和Hilbert，其目的在于减少网络成本，用一个移动锚节点替代多个静止的锚节点辅助未知节点定位。作者通过理论和实验对比分析提出的三种路规划方法的优缺点，三种方法中Scan的移动路径最短，但其沿y轴直线型的移动路径会造成未知节点接收到若干个共线的移动锚节点信标信号，尤其当锚节点的通信半径过小，导致许多未知节点无法定位；Double Scan是在Scan的基础上增加移动锚节点在x轴方向上移动路径，这种路径规划方法解决了信标信息共线问题，但增加了移动锚节点的移动路径长度，导致了网络能耗增加；与Scan和Double Scan相比，Hilbert是一种能填充满一个平面正方形的分形曲线，这种移动路径在定位过程中，能够有效减少共线的信标信号，提高定位率，同时移动路径长度小于Double Scan。

3.Hongjun Li等在2009年的《Journal of Computer Research and Development》上发表的文章“Path Planning for Mobile Anchor Node in Localization for Wireless Sensor Networks”把图论引入到无线传感器网络节点定位系统中。把无线传感器网络看成一个连通的节点无向图，把路径规划问题转化为图的生成树及遍历问题，提出两种动态路径规划算法：宽度优先算法和回溯式贪婪算法。相比静态路径规划，动态路径规划由未知节点的分布和位置情况来实时决定移动锚节点的路径，使得移动锚节点的移动更具灵活性，且节约网络能量，但是路径的长度和定位率两方面的问题还需要解决。