[发明专利]一种面向水下事件覆盖的水下机器人部署方法

说明书

本发明公开一种面向水下事件覆盖的水下机器人部署方法，属于水声传感器网络覆盖领域，包括①在需监测水下目标事件周围随机部署多个水下机器人节点；②每个水下机器人节点在自身的通信范围内获取邻居节点个数，各个邻居节点的位置、覆盖的事件数、拥挤度相关信息感知范围内获取覆盖的事件个数和邻近节点个数；③根据获取的邻居信息和事件信息，水下机器人节点在每次移动时根据是否有邻居节点和覆盖事件及其距离信息做出停止不动，诱导运动、觅食运动或者随机扩散的决策；④每个水下机器人节点判断自身是否达到覆盖条件，如果没达到则返回步骤②继续执行步骤②和步骤③，如果达到，则不再移动。如果所有水下机器人节点均达到覆盖条件，则部署完成。

技术领域

本发明属于水声传感器网络覆盖方法领域，具体涉及一种面向水下事件覆盖的水下机器人部署方法。

背景技术

海洋可以为人类提供许多宝贵的物质资源，如石油、天然气、矿产等。近年来，海洋资源的开发利用已成为世界关注的焦点，越来越多的国家关注海洋资源的勘探、维护和管理。水声传感器网络(UASN)作为海洋物联网的重要组成部分，在海洋发展中发挥着重要作用。UASN可广泛应用于海洋数据采集、污染监测、辅助导航和战场监视等领域，从而引起了广泛的关注。目前，研究人员在UASN方面开展了大量工作，如路由算法、拓扑控制、数据融合等。UASN覆盖控制，即UASN节点的部署是路由算法、拓扑控制、数据融合等的基础。良好的UASN节点部署策略不仅可以保证对目标的监控质量，而且有利于后续网络协议的设计和运行，影响网络的生命周期。因此，如何在UASN中部署节点是一个基础和关键的问题，设计一个良好的水声传感器部署方法是非常重要的。

根据传感器节点的移动性特点，UASN中的节点部署可分为静态部署、移动受限部署和自由移动部署。UASN的静态部署是指节点放置在监控区域内后，不能移动。在UASN静态部署中，为了保证高的网络覆盖，需要部署高密度节点，这容易造成传感器资源的浪费和信息传输的干扰。移动受限部署是指传感器节点可以根据其相邻节点的深度调整自身的深度，以最大限度地实现网络覆盖。由于节点只能向深度方向移动，移动受限部署在很多应用中的覆盖效果并不好。自由移动部署是指传感器节点可以自由移动。这些传感器节点一般为自主水下航行器，又称水下机器人。基于水下机器人的自由移动部署方便、应用广泛，是UASN节点部署的研究重点。因此，研究水下机器人移动部署具有十分重要的意义。

目前大部分的水下机器人移动部署研究均应用于区域覆盖，即覆盖目标为水下区域。然而，在许多实际应用中，需要监测和覆盖的目标是一些事件点，如军事入侵监测、鱼类监测、水下救援等。因此，面向水下事件覆盖的水下机器人部署研究十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供面向水下目标事件覆盖的水下机器人节点部署方法，对水下需要监测的目标事件以较小的能耗实现最优的覆盖。

为此，本发明提供了一种面向水下事件覆盖的水下机器人部署方法，包括以下步骤：

步骤S1，开始随机部署多个水下机器人节点在监测事件所在的水域；

具体的，有M个需要监测的水下目标事件分布在一个三维水下区域G内，这M个目标事件点用集合E＝(e₁,e₂,…,e_M)表示。在目标事件周围随机部署N个水下机器人节点，水下机器人节点集合用S＝(s₁,s₂,…,s_N)表示。

步骤S2，每个水下机器人节点在自身的通信范围内获取邻居节点相关信息，感知范围内获取覆盖的事件个数和邻近节点个数；

每个水下机器人节点从初始部署位置移向最优位置过程中，每一步移动时，每个机器人节点通过声呐装置获得覆盖的事件数，并在自身的通信范围广播HELLO信息，通过接受的信息获取邻居节点个数，各个邻居节点的位置、覆盖的事件数、拥挤度等信息，根据获得的邻居信息得到感知范围内邻近节点的个数。