本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則感知區(qū)域快速檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際感知能力是決定其服務(wù)可用性的關(guān)鍵，在工業(yè)環(huán)境中強(qiáng)電磁干擾、金屬介質(zhì)、多障礙物等混雜與多源干擾因素，傳感器節(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向上的感知能力表現(xiàn)并不完全相同，其實(shí)際感知范圍通常應(yīng)該是非圓形的不規(guī)則區(qū)域。在傳感器節(jié)點(diǎn)有效感知能力描述方面，目前常見(jiàn)的感知模型有圓盤(pán)模型、隨機(jī)概率模型、修正概率模型、方向感知模型等，上述傳統(tǒng)感知模型在描述不規(guī)則感知區(qū)域有一定局限，其中，圓盤(pán)模型與隨機(jī)概率模型相對(duì)比較簡(jiǎn)單，修正概率模型本質(zhì)是圓盤(pán)模型上的改進(jìn)，不符合工業(yè)環(huán)境傳感器感知區(qū)域不規(guī)則的特點(diǎn)；對(duì)于某些對(duì)目標(biāo)的感知具有方向性傳感器節(jié)點(diǎn)，方向感知模型可用于描述其監(jiān)測(cè)能力，但工業(yè)環(huán)境下還需考慮其感知的不確定性問(wèn)題。

傳感器節(jié)點(diǎn)的不規(guī)則感知區(qū)域很難通過(guò)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)計(jì)算獲得，為獲取真實(shí)環(huán)境下傳感器節(jié)點(diǎn)不規(guī)則感知區(qū)域，通常采用基于觀察監(jiān)控區(qū)域中發(fā)生事件的思想，通過(guò)收集能夠被節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的所有事件的位置信息來(lái)計(jì)算該節(jié)點(diǎn)的實(shí)際感知區(qū)域，采用地毯式事件移動(dòng)搜索是獲取傳感器實(shí)際感知區(qū)域(包括確定檢測(cè)區(qū)、概率檢測(cè)區(qū))的常見(jiàn)方法，但效率較低。明尼蘇達(dá)大學(xué)Hwang等人(Joengmin Hwang,Tian He,and Yongdae Kim,Exploring In-Situ Sensing Irregularity in Wireless Sensor Networks,IEEE Transactions on parallel and distributed systems,vol.21,no.4,April 2010)在這方面做了較有代表性的工作，提出物理感知區(qū)域建模(P-SAM)檢測(cè)實(shí)際感知區(qū)域的方法，P-SAM是基于可控事件的節(jié)點(diǎn)感知區(qū)域精確建模方法，其方法沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)存在概率感知區(qū)域的問(wèn)題。工業(yè)環(huán)境中傳感器節(jié)點(diǎn)不規(guī)則感知區(qū)域依然需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)獲得，如何產(chǎn)生被檢測(cè)事件，即用最小的代價(jià)和最快的速度檢測(cè)得到傳感器節(jié)點(diǎn)的感知模型是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

為此，為獲得工業(yè)混雜干擾環(huán)境下傳感器節(jié)點(diǎn)感知能力，本發(fā)明提出一種非規(guī)則感知區(qū)域快速檢測(cè)方法，采用一種基于啟發(fā)式事件移動(dòng)的搜索檢測(cè)方法，可大幅減少事件移動(dòng)搜索范圍，有效解決了目前地毯式事件移動(dòng)搜索檢測(cè)方法代價(jià)高、效率低的問(wèn)題，用較小的代價(jià)和較快的速度獲取傳感器節(jié)點(diǎn)的確定性感知區(qū)域邊界。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在工業(yè)環(huán)境中強(qiáng)電磁干擾、金屬介質(zhì)、多障礙物等混雜與多源干擾因素，傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)際感知范圍通常應(yīng)該是非圓形的不規(guī)則區(qū)域，如圖1所示，其確定性感知區(qū)域?yàn)榉且?guī)則形狀，整個(gè)感知區(qū)域分為完全感知區(qū)、概率感知區(qū)以及完全忽略區(qū)。為實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則感知區(qū)域快速獲取，本發(fā)明提出一種基于啟發(fā)式事件移動(dòng)的感知區(qū)域搜索檢測(cè)方法，其核心思想是：每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)其完全感知區(qū)邊界線附近發(fā)生的事件進(jìn)行分析，如果在某個(gè)時(shí)刻，事件從消失到被連續(xù)發(fā)現(xiàn)或從被連續(xù)發(fā)現(xiàn)變?yōu)橄?，那么可以?jù)此計(jì)算完全感知區(qū)的邊界位置。具體方法包括如下兩個(gè)階段：

第一階段：完全感知區(qū)域邊界粗粒度估計(jì)

本階段目標(biāo)是檢測(cè)估計(jì)出節(jié)點(diǎn)完全感知區(qū)域與概率感知區(qū)域的邊界位置，具體方法如下：

如圖2所示，R_s為傳感器節(jié)點(diǎn)S概率感知區(qū)域的半徑，以傳感器節(jié)點(diǎn)S為圓心，任意選定兩條相互垂直的直徑，得到以S為圓心的四條半徑沿四條半徑方向設(shè)置事件源檢測(cè)點(diǎn)，采用等距分段方式，劃分段數(shù)n與要求的檢測(cè)精度T有關(guān)，n值越大，表示事件源檢測(cè)點(diǎn)越密集，完全感知區(qū)域邊界點(diǎn)估計(jì)的精度越高。為實(shí)現(xiàn)高精度的邊界估計(jì)，可設(shè)定每個(gè)分段長(zhǎng)度與檢測(cè)精度T(如檢測(cè)精度T＝0.1m)相同。

基于啟發(fā)式事件移動(dòng)方法，事件源e首先沿半徑方向向外移動(dòng)，在遠(yuǎn)離傳感器節(jié)點(diǎn)S的過(guò)程中，事件源最初鄰居傳感器S，能夠被持續(xù)發(fā)現(xiàn)檢出，假定當(dāng)移動(dòng)到位置P_i時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)S首次不能檢測(cè)到事件e，那么估算沿方向的完全感知區(qū)邊界位置點(diǎn)為(P_i-1+P_i)/2，該點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)距離為R_A,類(lèi)似的，事件源e陸續(xù)沿半徑方向向外移動(dòng)，獲得完全感知區(qū)域沿各個(gè)方向的邊界位置點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)S的距離：R_B，R_C，R_D；

通過(guò)四個(gè)方向的檢測(cè)，估計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)S的完全感知區(qū)域?yàn)榘霃綖镽_T＝(R_A+R_B+R_C+R_D)/4的圓形區(qū)域。下一階段，以上述過(guò)程估計(jì)的圓形區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，精確確定傳感器節(jié)點(diǎn)的非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界。

第二階段：完全感知區(qū)域邊界細(xì)粒度檢測(cè)

如圖3所示，在估計(jì)出以R_T為半徑的完全感知區(qū)域后，進(jìn)一步精確檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界，按角度θ將以R_T為半徑的圓周進(jìn)行等分并得到移動(dòng)基點(diǎn)集合{P₁,P₂,…,P_l,P_m,…,P_n}，且θ能被360整除。直線連接傳感器節(jié)點(diǎn)S與移動(dòng)基點(diǎn)P_m，并向外延伸與概率感知區(qū)域邊界的圓周(以R_s為半徑的圓周)相交于點(diǎn)T_m。事件源以R_T為半徑的圓周上的各個(gè)移動(dòng)基點(diǎn)P_m為起始點(diǎn)，以直線為運(yùn)動(dòng)路徑開(kāi)始檢測(cè)完全感知區(qū)域邊界。

同時(shí)，采用以下方法進(jìn)一步提升檢測(cè)效率：首先檢測(cè)在移動(dòng)基點(diǎn)P_m處，事件源e是否能被傳感器節(jié)點(diǎn)S檢測(cè)到，如果P_m位置點(diǎn)上事件源能被檢測(cè)到，則判斷該點(diǎn)處于完全感知區(qū)域內(nèi)，那么事件源e沿直線向外側(cè)T_m點(diǎn)移動(dòng)，尋找完全感知區(qū)與概率感知區(qū)域的邊界位置；否則，則判斷該點(diǎn)處于概率感知區(qū)域內(nèi)，事件源e沿直線向內(nèi)側(cè)傳感器所在位置S點(diǎn)移動(dòng)。

在事件源移動(dòng)過(guò)程中，采用分級(jí)的啟發(fā)式檢測(cè)方法，具體過(guò)程如下：

情況一：如事件源在P_m處能被檢測(cè)，按一定步長(zhǎng)沿直線往外側(cè)T_m移動(dòng)：

1)首先，可將等距分成k份，共k個(gè)事件源檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)集合為一般可取其中|P_mT_m|表示的長(zhǎng)度，T為要求的檢測(cè)精度，α≥1。傳感器節(jié)點(diǎn)S判斷在各檢測(cè)點(diǎn)事件源e是否能被檢測(cè)到。如事件源e在移動(dòng)到之前的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能連續(xù)被發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

2)Step2：判斷是否成立，其中T為完全感知區(qū)域邊界檢測(cè)精度。如不成立，則表示未能達(dá)到檢測(cè)精度，為更加細(xì)粒度的檢測(cè)完全感知區(qū)域邊界位置，采用分級(jí)逼近方法，事件源以為新的移動(dòng)起點(diǎn)，沿直線往移動(dòng)，同樣將等距分成k份，檢測(cè)點(diǎn)集合為如果事件源e在移動(dòng)到某個(gè)位置點(diǎn)之前都能被連續(xù)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在和之間。

3)Step3：判斷是否滿足邊界檢測(cè)精度需求，即判斷是否成立，若成立，則表示滿足精度要求，計(jì)算完全感知區(qū)域邊界位置點(diǎn)為否則，重復(fù)Step2步驟，進(jìn)一步逼近確定性感知區(qū)域邊界位置。

情況二：如事件源在P_m處不能被檢測(cè)，按一定步長(zhǎng)沿直線往內(nèi)側(cè)移動(dòng)：

1)首先，可將等距分成k份，共k個(gè)事件源檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)集合為一般可取其中|P_mS|表示的長(zhǎng)度，T為要求的檢測(cè)精度，α≥1。傳感器節(jié)點(diǎn)S判斷在各檢測(cè)點(diǎn)事件源e是否能被檢測(cè)到。如事件源e從開(kāi)始，連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

2)Step2：判斷是否成立，其中T為完全感知區(qū)域邊界檢測(cè)精度。如不成立，則表示未能達(dá)到檢測(cè)精度，為更加細(xì)粒度的檢測(cè)完全感知區(qū)域邊界位置，采用分級(jí)逼近方法，事件源以為新的移動(dòng)起點(diǎn)，沿直線往移動(dòng)，同樣將等距分成k份，檢測(cè)點(diǎn)集合為如事件源e從開(kāi)始，連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

3)Step3：判斷是否滿足邊界檢測(cè)精度需求，即判斷是否成立，若成立，則表示滿足精度要求，計(jì)算完全感知區(qū)域邊界位置為否則，重復(fù)Step2步驟，進(jìn)一步逼近確定性感知區(qū)域邊界位置。

以移動(dòng)基點(diǎn)集合{P₁,P₂,…,P_l,P_m,…,P_n}中每一點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)，檢測(cè)得到對(duì)應(yīng)的確定性感知區(qū)域邊界位置點(diǎn)所有位置點(diǎn)平滑連接即構(gòu)成確定性感知區(qū)域邊界。

本發(fā)明的有益效果是：所提出的一種工業(yè)環(huán)境傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則感知區(qū)域快速檢測(cè)方法，采用啟發(fā)式事件移動(dòng)的感知區(qū)域搜索檢測(cè)方法：首先，粗粒度的檢測(cè)估計(jì)出節(jié)點(diǎn)完全感知區(qū)域與概率感知區(qū)域的邊界位置，縮小事件移動(dòng)搜索范圍；進(jìn)一步，采用分級(jí)的啟發(fā)式事件移動(dòng)方法進(jìn)行細(xì)粒度的完全感知區(qū)域邊界檢測(cè)。該方法有效解決了目前地毯式事件移動(dòng)檢測(cè)方法代價(jià)高、效率低的問(wèn)題，大幅減少事件移動(dòng)搜索范圍，用較小的代價(jià)和較快的速度獲取傳感器節(jié)點(diǎn)的確定性感知區(qū)域邊界。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的工業(yè)環(huán)境傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則完全感知區(qū)域示意圖

圖2是本發(fā)明的傳感器節(jié)點(diǎn)完全感知區(qū)域粗粒度估計(jì)示意圖

圖3是本發(fā)明的啟發(fā)式移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)完全感知區(qū)域邊界細(xì)粒度檢測(cè)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例對(duì)一種工業(yè)環(huán)境傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則感知區(qū)域快速檢測(cè)方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖2所示，在工業(yè)混雜干擾環(huán)境下，給定傳感器節(jié)點(diǎn)S，依照以下步驟檢測(cè)其非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界：

Step1：粗粒度估計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界

以傳感器節(jié)點(diǎn)S為圓心，任意選定兩條相互垂直的直徑，得到以S為圓心的四條半徑。沿四條半徑方向設(shè)置事件源檢測(cè)點(diǎn)，采用等距分段方式，為實(shí)現(xiàn)高精度的邊界估計(jì)，可設(shè)定每個(gè)分段長(zhǎng)度與檢測(cè)精度T(如檢測(cè)精度T＝0.1m)相同。

基于啟發(fā)式事件移動(dòng)方法，事件源e分別沿四條半徑方向向外移動(dòng)。以半徑方向?yàn)槔?，在遠(yuǎn)離傳感器節(jié)點(diǎn)S的過(guò)程中，事件源最初鄰近傳感器S，能夠被持續(xù)發(fā)現(xiàn)檢出，假定當(dāng)移動(dòng)到位置P_i時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)S首次不能檢測(cè)到事件e，那么估算沿半徑方向的完全感知區(qū)邊界位置點(diǎn)為(P_i-1+P_i)/2，該點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)距離為R_A。類(lèi)似的，事件源e陸續(xù)沿半徑方向向外側(cè)移動(dòng)，獲得完全感知區(qū)域沿各個(gè)方向的邊界位置點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)S的距離：R_B，R_C，R_D。通過(guò)四個(gè)方向的檢測(cè)，估計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)S的完全感知區(qū)域?yàn)榘霃綖镽_T＝(R_A+R_B+R_C+R_D)/4的圓形區(qū)域。

Step2：細(xì)粒度檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界

如圖3所示，在估計(jì)出以R_T為半徑的完全感知區(qū)域后，進(jìn)一步精確檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的非規(guī)則完全感知區(qū)域邊界。為避免進(jìn)行大面積的地毯式事件移動(dòng)，按角度10°將圓周等分為36份并得到36個(gè)移動(dòng)基點(diǎn)的集合{P₁,P₂,…,P_l,P_m,…,P_n}，n＝36。事件源按順序以各個(gè)移動(dòng)基點(diǎn)P_m為起始點(diǎn)，以直線為運(yùn)動(dòng)路徑檢測(cè)完全感知區(qū)域邊界。在事件源移動(dòng)過(guò)程中，采用分級(jí)的啟發(fā)式事件移動(dòng)搜索檢測(cè)方法，根據(jù)事件源在P_m處是否能被檢測(cè)，分為兩種情況，具體如下：

情況一：如事件源在P_m處能被檢測(cè)，則判斷該點(diǎn)處于完全感知區(qū)域內(nèi)，按一定步長(zhǎng)沿直線往外側(cè)T_m移動(dòng)，尋找完全感知區(qū)與概率感知區(qū)域的邊界位置：

1)將P_mT_m等距分成k份，共k個(gè)事件源檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)集合為一般可取可取α＝8；傳感器節(jié)點(diǎn)S判斷在各檢測(cè)點(diǎn)事件源e是否能被檢測(cè)到。如事件源e在移動(dòng)到之前的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能連續(xù)被發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

2)判斷是否成立，如不成立，則以為新的移動(dòng)起點(diǎn)往移動(dòng)，同樣將等距分成k份，檢測(cè)點(diǎn)集合為如果事件源e在移動(dòng)到某個(gè)位置點(diǎn)之前都能被連續(xù)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在和之間。

3)判斷是否成立，若成立，則計(jì)算得到完全感知區(qū)域邊界位置點(diǎn)為否則，重復(fù)Step2步驟，繼續(xù)逼近確定性感知區(qū)域邊界位置。

情況二：如事件源在P_m處不能被檢測(cè)，判斷該點(diǎn)處于概率感知區(qū)域內(nèi)，事件源e沿直線向內(nèi)側(cè)傳感器所在位置S點(diǎn)移動(dòng)：

1)將P_mS等距分成k份，共k個(gè)事件源檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)集合為傳感器節(jié)點(diǎn)S判斷在各檢測(cè)點(diǎn)事件源e是否能被檢測(cè)到。如事件源e從開(kāi)始，連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

2)判斷是否成立，如不成立，則事件源以為新的移動(dòng)起點(diǎn)往移動(dòng)，同樣將等距分成k份，檢測(cè)點(diǎn)集合為如事件源e從開(kāi)始，連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都能被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，但在位置未能被發(fā)現(xiàn)，那么判定確定性感知區(qū)域邊界在與之間。

3)判斷是否成立，若成立，則計(jì)算完全感知區(qū)域邊界位置為否則，重復(fù)Step2步驟，繼續(xù)逼近確定性感知區(qū)域邊界位置。

以移動(dòng)基點(diǎn)集合{P₁,P₂,…,P_l,P_m,…,P_n}中每一點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)，檢測(cè)得到對(duì)應(yīng)的確定性感知區(qū)域邊界位置點(diǎn)，所有位置點(diǎn)平滑連接即構(gòu)成確定性感知區(qū)域邊界。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。