本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法以及裝置。

背景技術(shù)：

在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常采用匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)收集網(wǎng)絡(luò)中感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)有二種，一種是靜止的；另一種匯聚節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性，稱(chēng)之為移動(dòng)sink。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以特定地方式部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域，在傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，把靜止的匯聚節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的中心，然后利用它收集監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

基于靜止匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，把靜止匯聚節(jié)點(diǎn)部署在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能是最佳的，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是最低的，但是靜止匯聚節(jié)點(diǎn)的外圍所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)給匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)，都需要靜止匯聚節(jié)點(diǎn)附近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗主要來(lái)源于通信消耗，通信消耗主要來(lái)源于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所消耗的能量，因此會(huì)導(dǎo)致匯聚節(jié)點(diǎn)附近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)過(guò)早的死亡，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“能量空洞”，一旦靜止匯聚節(jié)點(diǎn)周?chē)霈F(xiàn)“能量空洞”，“能量空洞”外圍所有數(shù)據(jù)將不能夠傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，限制了網(wǎng)絡(luò)壽命。目前主要有二種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：1)采用分簇路由技術(shù)，一類(lèi)典型的分蔟路由協(xié)議是LEACH及其改進(jìn)協(xié)議，這類(lèi)分簇路由較傳統(tǒng)的平面及結(jié)構(gòu)路由可以有效均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，但是簇頭往往需要消耗更多能量來(lái)處理簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且動(dòng)態(tài)選擇簇頭將增加額外的開(kāi)銷(xiāo)，也存在不足之處。2)采用移動(dòng)sink，sink可自由在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，通過(guò)直接移動(dòng)到傳感器節(jié)點(diǎn)附近收集數(shù)據(jù)，可以減少長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，能大大延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。雖然這種方式會(huì)有一定的數(shù)據(jù)延時(shí)，但在延時(shí)容忍網(wǎng)絡(luò)中還是有很好的前景。此外，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，要保證網(wǎng)絡(luò)的連通性具有一定難度，特別是節(jié)點(diǎn)稀疏的網(wǎng)絡(luò)，引入移動(dòng)sink可以有效解決網(wǎng)絡(luò)連通問(wèn)題，由于sink可以移動(dòng)收集數(shù)據(jù)，故不需要保證網(wǎng)絡(luò)全局連通。

基于移動(dòng)sink的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以按移動(dòng)軌跡的類(lèi)型分成三類(lèi)：1)移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是隨機(jī)的；2)移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是固定的；3)移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是動(dòng)態(tài)變化的，即移動(dòng)軌跡是隨著待訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化而變化的。三類(lèi)移動(dòng)軌跡如圖2、3、4所示。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410584230.7的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于馬爾科夫模型選擇Sink路徑的數(shù)據(jù)收集方法此發(fā)明專(zhuān)利提出了一種基于馬爾科夫模型選擇sink路徑的數(shù)據(jù)收集方法，首先把監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行劃分成多個(gè)子區(qū)域，然后利用馬爾科夫模型預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)位置，其次根據(jù)預(yù)測(cè)得到的節(jié)點(diǎn)數(shù)目期望值對(duì)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域賦予優(yōu)先級(jí)。再對(duì)各區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后得到最優(yōu)的移動(dòng)sink節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310646561.4的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于貪心路徑的移動(dòng)sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集方法，此發(fā)明專(zhuān)利提出了一種貪心的移動(dòng)sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集方法，首先把無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)大小均衡的簇，移動(dòng)sink沿著以確定的路徑重復(fù)訪問(wèn)每個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后簇頭直接傳送數(shù)據(jù)給移動(dòng)sink或者通過(guò)附近簇頭以多跳的方式發(fā)送給移動(dòng)sink。

綜上所述，以上二種技術(shù)都是移動(dòng)sink駐留式數(shù)據(jù)收集技術(shù)，即移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡沿折線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到達(dá)被訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)處需停留一段時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該類(lèi)技術(shù)存在以下不足之處：第一，移動(dòng)sink需要在駐留點(diǎn)停留以收集數(shù)據(jù)，增加了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；第二，移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡都是折線(xiàn)，移動(dòng)路徑較長(zhǎng)，需要消耗更多的移動(dòng)能量；第三，移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是固定的。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法以及裝置，其能夠以較短路徑在均速移動(dòng)中從傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)，從而克服現(xiàn)有移動(dòng)sink收集網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)sink的移動(dòng)路徑較長(zhǎng)、數(shù)據(jù)收集較慢且耗能的缺點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

S100：在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署一定數(shù)目的傳感器節(jié)點(diǎn)，并確定移動(dòng)sink需要訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；

S101：獲取移動(dòng)sink的當(dāng)前位置坐標(biāo)和待所述移動(dòng)sink依次訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

S102：實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前所述移動(dòng)sink、所述第一傳感器節(jié)點(diǎn)和所述第二傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第一角平分線(xiàn)；

S103：獲取所述第一角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于所述第一傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的所述移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑；

S104：以此類(lèi)推，依次實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前所述移動(dòng)sink、所述第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)和所述第N傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第N-1角平分線(xiàn)，其中，N>2；

S105：獲取所述第N-1角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于所述第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的所述移動(dòng)sink的第N-1平滑圓弧路徑。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，步驟S101具體包括：

設(shè)A₁為移動(dòng)sink當(dāng)前所在位置，設(shè)所述移動(dòng)sink依次訪問(wèn)的傳感器節(jié)點(diǎn)所在位置分別為A₂，A₃，···，A_n，以直線(xiàn)A₂A₃的方向?yàn)閤軸的正方向建立直角坐標(biāo)系，則各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)分別為A₁(x₁,y₁)，A₂(x₂,y₂)，A₃(x₃,y₃)，···，A_n(x_n,y_n)。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，步驟S102具體包括：

若直線(xiàn)A₂A₁的方向的斜率存在確定值；

在∠A₁A₂A₃的角平分線(xiàn)A₂A₀上取一個(gè)參考點(diǎn)A₀，設(shè)A₀的坐標(biāo)為A₀(x₀,y₀)，直線(xiàn)A₂A₁的斜率K，角平分線(xiàn)A₂A₀的斜率為K'，則K與K'滿(mǎn)足以下關(guān)系：

$K=\frac{2K^{\′}}{1-{\left(K^{\′}\right)}^2}---\left(1\right)$

由公式(1)可以求解出或者由此可以得到角平分線(xiàn)A₂A₀方程為：

$y=K^{\′}x=\frac{-1+\sqrt{1+K^2}}{K}x.---\left(2\right)$

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，步驟S103還包括：

將所述第一角平分線(xiàn)與所述移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑的交叉點(diǎn)C點(diǎn)落于被訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍以?xún)?nèi)，使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知半徑r，則直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度需滿(mǎn)足公式(3)：

$\stackrel{\‾}{A_2{A}_0}-\stackrel{\‾}{A_{0}C}=\sqrt{{x_0}^2+{y_0}^2}-\frac{{\mathrm{Kx}}_0-y_0}{\sqrt{1+K^2}}=ar,a\∈\[0,1\]---\left(3\right)$

其中，參數(shù)a的變化范圍從0到1，調(diào)整a能夠使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，并使得移動(dòng)sink在傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中完成數(shù)據(jù)采集；

同時(shí)，參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)滿(mǎn)足以下式子：

$y_0=\frac{-1+\sqrt{1+K^2}}{K}{x}_0---\left(4\right)$

根據(jù)公式(3)和公式(4)可以求解出參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)值，以參考點(diǎn)A₀為圓心，以直線(xiàn)A₀C為半徑構(gòu)建移動(dòng)sink落入在坐標(biāo)系內(nèi)的平滑圓弧路徑。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，步驟S102還包括：

當(dāng)直線(xiàn)A₂A₁垂直A₂A₃時(shí)，直線(xiàn)A₂A₁的斜率K為無(wú)窮大，A₁的坐標(biāo)為(0,y₁)，參考點(diǎn)A₀的x和y的坐標(biāo)值相等，即x₀＝y(tǒng)₀；

步驟S103還包括：將所述第一角平分線(xiàn)與所述移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑的交叉點(diǎn)C點(diǎn)落于被訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍以?xún)?nèi)，使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知半徑r，則直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度需滿(mǎn)足公式(5)：

$\stackrel{\‾}{A_2{A}_0}-\stackrel{\‾}{A_{0}C}=(\sqrt{2}-1)x_0=ar,a\∈\[0,1\]---\left(5\right)$

其中，參數(shù)a的變化范圍從0到1，調(diào)整a能夠使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，并使得移動(dòng)sink在傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中完成數(shù)據(jù)采集；

根據(jù)點(diǎn)參考點(diǎn)A₀的x和y的坐標(biāo)值相等和公式(5)可求出參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)值；以參考點(diǎn)A₀為圓心，A₀C為半徑構(gòu)建移動(dòng)sink落入在坐標(biāo)系內(nèi)的平滑圓弧路徑。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面，本發(fā)明提供了一種移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃裝置，具體包括：

節(jié)點(diǎn)部署模塊，用于在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署一定數(shù)目的傳感器節(jié)點(diǎn)，并確定移動(dòng)sink需要訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；

坐標(biāo)獲取模塊，用于獲取移動(dòng)sink的當(dāng)前位置坐標(biāo)和待所述移動(dòng)sink依次訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

平分線(xiàn)獲取模塊，用于實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前所述移動(dòng)sink、所述第一傳感器節(jié)點(diǎn)和所述第二傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第一角平分線(xiàn)；

路徑獲取模塊，用于獲取所述第一角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于所述第一傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的所述移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑；

其中，以此類(lèi)推，依次實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前所述移動(dòng)sink、所述第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)和所述第N傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第N-1角平分線(xiàn)，其中，N>2；所述路徑獲取模塊獲取所述第N-1角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于所述第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的所述移動(dòng)sink的第N-1平滑圓弧路徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1.本發(fā)明根據(jù)移動(dòng)sink和依次待訪問(wèn)的兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)獲取由該三個(gè)位置坐標(biāo)構(gòu)成的角平分線(xiàn)，并獲取角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取能滿(mǎn)足移動(dòng)sink完成數(shù)據(jù)收集任務(wù)的平滑圓弧移動(dòng)路徑，并以此類(lèi)推獲取移動(dòng)sink訪問(wèn)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的平滑圓弧路徑，與現(xiàn)有駐留式移動(dòng)sink數(shù)據(jù)收集技術(shù)相比，因移動(dòng)sink訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)的路徑為平滑圓弧路徑，使得移動(dòng)sink的移動(dòng)路徑長(zhǎng)度更短，并能夠讓移動(dòng)sink沿平滑圓弧路徑均速連續(xù)移動(dòng)以使平均移動(dòng)速度更快，數(shù)據(jù)收集更高效，更節(jié)能。

2.本發(fā)明通過(guò)設(shè)置參數(shù)a，可以調(diào)整在移動(dòng)過(guò)程中采集數(shù)據(jù)的時(shí)間從而適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)待收集數(shù)據(jù)量的變化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化具有較好的適應(yīng)性。

3.本發(fā)明根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集中存在的實(shí)際問(wèn)題建立了數(shù)學(xué)模型，通過(guò)完整的數(shù)學(xué)分析找到了解決問(wèn)題的實(shí)際有效方法，具有較強(qiáng)的科學(xué)性。

4.本發(fā)明所提供的方法適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用移動(dòng)sink收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的各種情況包括移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是隨機(jī)的、固定的和動(dòng)態(tài)變化的情況，并且能與采用移動(dòng)sink收集數(shù)據(jù)的各種路由技術(shù)匹配，具有很好的適用性和擴(kuò)展性。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是靜態(tài)匯聚節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)圖。

圖2是現(xiàn)有移動(dòng)sink的隨機(jī)移動(dòng)軌跡示意圖。

圖3是現(xiàn)有移動(dòng)sink的固定移動(dòng)軌跡示意圖。

圖4是現(xiàn)有移動(dòng)sink的動(dòng)態(tài)移動(dòng)軌跡示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法的流程圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建連續(xù)式移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡第一示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)選取待訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建連續(xù)式移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡第二示意圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法的裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

如圖5所示，移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃方法包括以下步驟：

S100：在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署一定數(shù)目的傳感器節(jié)點(diǎn)，并確定移動(dòng)sink需要訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；

S101：獲取移動(dòng)sink的當(dāng)前位置坐標(biāo)和待移動(dòng)sink依次訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

S102：實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前移動(dòng)sink、第一傳感器節(jié)點(diǎn)和第二傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第一角平分線(xiàn)；

S103：獲取第一角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于第一傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑；

S104：以此類(lèi)推，依次實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前移動(dòng)sink、第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)和第N傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第N-1角平分線(xiàn)，其中，N>2；

S105：獲取第N-1角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)sink的第N-1平滑圓弧路徑，最后，將第一平滑圓弧路徑，···，第N-1平滑圓弧路徑構(gòu)成連續(xù)式的移動(dòng)sink的圓弧移動(dòng)軌跡，移動(dòng)sink的移動(dòng)路徑是動(dòng)態(tài)變化的。

進(jìn)一步，示出該實(shí)施例中移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃案例，具體如下：

如圖6所示，首先，以直線(xiàn)A₂A₃的方向?yàn)閤軸的正方向建立直角坐標(biāo)系。設(shè)移動(dòng)sink當(dāng)前所在位置坐標(biāo)為A₁(x₁,y₁)，下一個(gè)訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為A₂(x₂,y₂)，再接下去訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為A₃(x₃,y₃)，···，最后訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為A_n(x_n,y_n)。

第一種情況：若直線(xiàn)A₂A₁的斜率存在確定值；

在∠A₁A₂A₃的角平分線(xiàn)上取一個(gè)參考點(diǎn)A₀，設(shè)參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)為A₀(x₀,y₀)，求出直線(xiàn)A₂A₁的斜率K，同理可以設(shè)直線(xiàn)A₂A₀的斜率為K'，由于直線(xiàn)A₂A₀是∠A₁A₂A₃的角平分線(xiàn)，K與K'滿(mǎn)足以下關(guān)系：

$K=\frac{2K^{\′}}{1-{\left(K^{\′}\right)}^2}---\left(1\right)$

由以上公式(1)可以求解出或者(舍去)，由此可以得到角平分線(xiàn)A₂A₀的方程為

$y=K^{\′}x=\frac{-1+\sqrt{1+K^2}}{K}x---\left(2\right)$

為了保證傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)成功傳遞給移動(dòng)sink，移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑與所述第一角平分線(xiàn)的交叉點(diǎn)C點(diǎn)必須落于被訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍以?xún)?nèi)，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知半徑為r，即直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，則直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度需滿(mǎn)足公式(3)：

$\stackrel{\‾}{A_2{A}_0}-\stackrel{\‾}{A_{0}C}=\sqrt{{x_0}^2+{y_0}^2}-\frac{{\mathrm{Kx}}_0-y_0}{\sqrt{1+K^2}}=ar,a\∈\[0,1\]---\left(3\right)$

其中，參數(shù)a的變化范圍從0到1，調(diào)整a可以使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，同時(shí)使移動(dòng)sink在節(jié)點(diǎn)A₂感知范圍內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。

同時(shí)，點(diǎn)A₀的坐標(biāo)滿(mǎn)足以下式子：

$y_0=\frac{-1+\sqrt{1+K^2}}{K}{x}_0.---\left(4\right)$

根據(jù)公式(3)和公式(4)可以求解出參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)值。獲取參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)值后，則為從傳感器節(jié)點(diǎn)A₂收集數(shù)據(jù)所規(guī)劃的平滑圓弧路徑即為以參考點(diǎn)A₀為圓心，A₀C為半徑且落入在坐標(biāo)系內(nèi)的平滑圓弧路徑，即為圖6所示的B-C-D。

第二種情況：直線(xiàn)A₂A₁垂直A₂A₃時(shí)，直線(xiàn)A₂A₁的斜率K是無(wú)窮大，即A₁的坐標(biāo)為(0,y₁)，參考點(diǎn)A₀的x和y的坐標(biāo)值相等，即x₀＝y(tǒng)₀；

同理，為了保證被訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)成功傳遞給移動(dòng)sink，移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑與所述第一角平分線(xiàn)的交叉點(diǎn)C點(diǎn)落于被訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知范圍以?xún)?nèi)，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的感知半徑為r，即直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，則直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度需滿(mǎn)足公式(5)：

$\stackrel{\‾}{A_2{A}_0}-\stackrel{\‾}{A_{0}C}=(\sqrt{2}-1)x_0=ar,a\∈\[0,1\]---\left(5\right)$

其中，參數(shù)a的變化范圍從0到1，調(diào)整a可以使直線(xiàn)A₂C的長(zhǎng)度小于感知半徑r，同時(shí)使移動(dòng)sink在傳感器節(jié)點(diǎn)A₂感知范圍內(nèi)的移動(dòng)過(guò)程中完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。

根據(jù)點(diǎn)A₀的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)相等和公式(5)可求出參考點(diǎn)A₀的坐標(biāo)值。同理，以參考點(diǎn)A₀為圓心，A₀C為半徑作相應(yīng)的圓弧即可獲得移動(dòng)sink能夠成功接收傳感器節(jié)點(diǎn)A₂的數(shù)據(jù)的平滑圓弧路徑，這里不再贅述。

值得說(shuō)明的是，在步驟S100和S101中，訪問(wèn)傳感器節(jié)點(diǎn)選取方法可以為：把無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)大小相等的子網(wǎng)(或簇)，如圖7所示，根據(jù)每個(gè)子網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出每個(gè)子網(wǎng)的重心坐標(biāo)。設(shè)每個(gè)簇的重心坐標(biāo)為(X_g,Y_g)，因此，可以根據(jù)公式(6)計(jì)算出每個(gè)簇的重心坐標(biāo)：

$X_g=\frac{1}{N^{\′}}\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\Σ}}{x}_i,Y_g=\frac{1}{N^{\′}}\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\Σ}}{y}_i---\left(6\right)$

選擇離重心坐標(biāo)最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為子網(wǎng)的簇頭，如圖8所示，但不限于此，本發(fā)明適用于各種采用移動(dòng)sink收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的環(huán)境，具有較好的擴(kuò)展性，使得應(yīng)用范圍更加廣泛。

現(xiàn)有的研究中，移動(dòng)sink的移動(dòng)方式都是駐留式的，駐留式的移動(dòng)方向?yàn)椋篈₁-B-A₂-D-A₃(見(jiàn)圖9)；而本發(fā)明中的移動(dòng)sink的移動(dòng)方式是連續(xù)的，連續(xù)式的移動(dòng)方向?yàn)椋篈₁-B-C-D-A₃(見(jiàn)圖9)；設(shè)駐留式的移動(dòng)路徑的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，連續(xù)式移動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度為L(zhǎng)'，兩者的長(zhǎng)度之差為

ΔL＝L-L' (7)

即對(duì)公式(8)求導(dǎo)，得到：

${\left(\mathrm{\Δ}L\right)}^{\′}=2R(\frac{1}{{\left(cos\mathrm{\θ}\right)}^2}-1)---\left(9\right)$

顯然，函數(shù)ΔL的倒數(shù)是恒大于零的函數(shù)，即函數(shù)L是一個(gè)遞增函數(shù)，當(dāng)θ＝0，ΔL＝0，所以當(dāng)θ大于0時(shí)，函數(shù)ΔL是大于的0的函數(shù)，所以移動(dòng)sink的駐留式移動(dòng)軌跡長(zhǎng)度比移動(dòng)sink的連續(xù)式移動(dòng)路徑更長(zhǎng)。

依次類(lèi)推，構(gòu)建完第一段平滑圓弧路徑后，再次獲取實(shí)時(shí)當(dāng)前移動(dòng)sink的位置坐標(biāo)以及依次待訪問(wèn)的第二傳感器節(jié)點(diǎn)和第三傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，構(gòu)建方法與上述一致，可以在D-A₃-A₄折線(xiàn)路徑構(gòu)建成圓弧，構(gòu)建后的結(jié)果如圖9所示，這里不再贅述構(gòu)建過(guò)程。

綜上所述，本發(fā)明在基于移動(dòng)sink的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)移動(dòng)sink和依次待訪問(wèn)的兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)獲取由該三個(gè)位置坐標(biāo)構(gòu)成的角平分線(xiàn)，并選取角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取移動(dòng)sink滿(mǎn)足能夠獲取傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的平滑圓弧路徑，并以此類(lèi)推獲取移動(dòng)sink訪問(wèn)多個(gè)待訪問(wèn)的傳感器節(jié)點(diǎn)平滑路徑，與現(xiàn)有移動(dòng)sink數(shù)據(jù)收集技術(shù)相比，因移動(dòng)sink訪問(wèn)多個(gè)待訪問(wèn)的傳感器節(jié)點(diǎn)的路徑為平滑圓弧路徑，使得移動(dòng)sink的移動(dòng)路徑長(zhǎng)度更短，并能夠讓移動(dòng)sink沿平滑圓弧路徑連續(xù)均速移動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，因此，比較駐留式的移動(dòng)sink數(shù)據(jù)收集技術(shù)本方法能使移動(dòng)sink的平均移動(dòng)速度更快，數(shù)據(jù)收集更高效，可以降低網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期，增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

同時(shí)，本發(fā)明根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況建立了數(shù)學(xué)模型，完成了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性，并且，本發(fā)明所提供的方法適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用移動(dòng)sink收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的各種情況，包括移動(dòng)sink的移動(dòng)軌跡是隨機(jī)的、固定的和動(dòng)態(tài)變化的，并且能與采用移動(dòng)sink收集數(shù)據(jù)的各種路由方法匹配，具有很好的適用性和擴(kuò)展性。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，如圖10所示，還提供了一種移動(dòng)sink的平滑路徑規(guī)劃裝置，具體包括：

節(jié)點(diǎn)部署模塊10，用于在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署一定數(shù)目的傳感器節(jié)點(diǎn)，并確定移動(dòng)sink需要訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；

坐標(biāo)獲取模塊20，用于獲取移動(dòng)sink的當(dāng)前位置坐標(biāo)和待移動(dòng)sink依次訪問(wèn)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

平分線(xiàn)獲取模塊30，用于實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前移動(dòng)sink、第一傳感器節(jié)點(diǎn)和第二傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第一角平分線(xiàn)；

路徑獲取模塊40，獲取第一角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于第一傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)sink的第一平滑圓弧路徑；

其中，以此類(lèi)推，平分線(xiàn)獲取模塊30依次實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前移動(dòng)sink、第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)和第N傳感器節(jié)點(diǎn)之間的第N-1角平分線(xiàn)，其中，N>2；路徑獲取模塊40獲取第N-1角平分線(xiàn)的參考點(diǎn)，根據(jù)參考點(diǎn)獲取位于第N-1傳感器節(jié)點(diǎn)的感知范圍內(nèi)的移動(dòng)sink的第N-1平滑圓弧路徑，最后，將第一平滑圓弧路徑，···，第N-1平滑圓弧路徑構(gòu)成連續(xù)式的移動(dòng)sink的圓弧移動(dòng)軌跡，移動(dòng)sink的移動(dòng)路徑是動(dòng)態(tài)變化的。

本發(fā)明能有多種不同形式的具體實(shí)施方式，上面以圖1-圖10為例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說(shuō)明，這并不意味著本發(fā)明所應(yīng)用的具體實(shí)例只能局限在特定的流程或?qū)嵤├Y(jié)構(gòu)中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上文所提供的具體實(shí)施方案只是多種優(yōu)選用法中的一些示例，任何體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的實(shí)施方式均應(yīng)在本發(fā)明技術(shù)方案所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。