[发明专利]一种传感器节点动态调节方法、设备及存储介质

说明书

本发明提供了一种传感器节点动态调节方法、设备及存储介质，基于人工鱼群算法实现。采用固定位置部署方式部署监测区内传感器节点，在覆盖冗余率相对较低的情况下实现监控区全覆盖。节点部署后，采用基于人工鱼群算法的传感器监测方向初始调整策略调节各节点。各节点通过寻找最大私有覆盖面积调整监测方向，实现监测网络覆盖面积最大限度地扩张。当目标出现在监测区时，传感器节点进行感知方向优化调节，达到对目标的最大监测，获取最佳的监测视觉效果。在所有参与目标监控的节点中，根据节点的剩余能量和监测效果选取最佳节点对目标进行监测，以平衡节点间的能量消耗。该策略能获得更大的覆盖率，更好的监测效果，还能延长传感器网络的寿命。

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种传感器节点动态调节方法。其适用于传感器监测网络的部署及动态调节。

背景技术

随着无线通信技术和半导体技术的飞速发展，无线视频传感器网络已经广泛应用在各种领域，例如环境资源监控、智能家居、国防军事、交通运输等领域。覆盖是传感器网络正常工作的基本条件，网络覆盖效果的好坏直接影响了无线传感器网络监测性能的高低，而且网络的覆盖率是衡量无线传感器监测网络性能的重要指标。因此，越来越多的学者和专家对无线传感器网络的覆盖问题进行大量深入研究，提出很多无线传感器网络覆盖策略。

移动节点部署是通过网络中部分节点的移动调整和优化部署方案，最终达到最佳的网络覆盖度和连通性的部署方法。包括增量式节点部署算法，基于人工势场(或虚拟力)的算法，基于网格划分的算法和基于概率检测模型的算法。基于网格覆盖的方法已被用于模拟传感器区域覆盖问题。网格的每个顶点在网格表示在监视区域的一个点。该网格分辨率显示了监控区域的细分情况，增加网格分辨率会导致算法运行时间增加。Krishnendu等人提出一种新的网格覆盖策略用于分布式传感器网络中的实时监控和目标定位。研究者提出了一个整数线性规划解决方案，可以在最小化传感器成本的情况下对整个监测区域进行全覆盖。Cheng Weifang等人通过减少阻碍区和重叠覆盖区域来扩大覆盖区域，作者将有向感知型传感器网络被划分成多个感知连接子图，把一个集中的问题变成分布式问题进行解决，降低了时间的复杂度。另一方面，引入虚拟区域和虚拟传感器节点的概念也是覆盖优化的方法之一。Yi Zou等人也将虚拟力算法引入到无线传感网覆盖问题的研究中，提出一种虚拟力算法作为传感器的二维部署策略。算法初始时，传感器随机分布在监测区域，然后利用节点间的吸引力和排斥力合力来确定节点的虚拟运动路径和节点移动速率，并更新节点位置，传感器被重新部署到这些位置。通过虚拟力算法显著提高了网络覆盖率。清华大学的王雪等人结合虚拟力和微粒群算法，提出一种针对无线传感网覆盖优化的虚拟力导向微粒群优化算法。该算法将虚拟力算法与粒子群优化相结合，在该算法中，虚拟力算法利用具有吸引力和斥力的合力组合来确定虚拟运动路径，而传感器和微粒群的运动速率则适用于在连续空间中求解多维函数优化。结合两种算法的优点，结合虚拟力算法改进微粒群算法的速度更新过程，指导微粒群进化方向，有效缩短了算法计算时间。改进后的算法与单一的微粒群算法和虚拟力算法相比，不仅可以有效地提高网络覆盖率，且收敛速度更快、耗时更少。Tao Dan等人将运动机器人路径规划中的虚拟势场方法引入到传感器网络的覆盖增强问题中。蒋一波等人则针对监控区域存在障碍物的情况，从无线视频传感节点的有向感知特性出发，讨论了视频传感器网络覆盖效果与监控区域之间的相互关系，定义了一个视频传感器网络的无盲区覆盖模型，并基于虚拟势场的工作原理，提出了一种适用于无盲区覆盖模型的覆盖率动态优化算法(Potential Field based Occlusion-Free SurveillanceAlgorithm，简称PFOFSA)，通过虚拟引力和虚拟斥力的相互作用，优化视频传感器网络的覆盖率。该算法的性能依赖于传感器节点的数目，当传感器节点数目小时，该算法能够有效地提高覆盖率，然而当传感器数目众多存在大量冗余时它的作用并不明显。