一种基于均等分簇的光电-雷达传感器网数据收集方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115987867A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211660745.1(22)申请日2022.12.23(71)申请人中国电子科技集团公司第五十四研究所地址050081河北省石家庄市中山西路589号第五十四所总体部(72)发明人付长军解志卿刘海娟张红旗熊珂(74)专利代理机构河北东尚律师事务所13124专利代理师王文庆(51)Int.Cl.H04L45/00(2022.01)H04L45/12(2022.01)H04L45/48(2022.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于均等分簇的光电-雷达传感器网数据收集方法(57)摘要本发明公开了一种基于均等分簇的光电‑雷达传感器网数据收集方法，属于网络优化领域。本发明包括：设置Sink节点以及N个普通的传感器节点；将网络分为M个簇，并构造观测矩阵；选择出簇头和备选簇头；构建观测矩阵每一行涉及到的普通节点之间路由；根据路由将节点的读数与权值相乘后加上自己所有上一跳发送过来的加权和的到一个新的结果，发送至下一跳节点；按照设定路径收集所有簇头处的观测值并传输至Sink；Sink节点恢复传感器节点的原始读数。本发明解决了基于分簇拓扑的WSN压缩数据收集算法中存在压缩编码过程无法有效利用网络路由信息的问题，降低了降低簇头能耗，减少了移动收集器需要访问节点数目。CN115987867ACN115987867A权利要求书1/3页1.一种基于均等分簇的光电‑雷达传感器网数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设置一个负责收集数据的Sink节点，以及N个普通的传感器节点；步骤2：根据节点的位置分布，使用均等分簇算法将网络分为M个簇，并且根据分簇信息构造出观测矩阵；步骤3：对M个簇使用分布式簇头选择算法，选择出簇头和备选簇头，准备新一轮的数据收集；步骤4：根据节点位置信息和上一步的确定的簇头，利用局部数据转发树构建算法构建观测矩阵每一行涉及到的普通节点之间路由；步骤5：每个节点根据已经构造好的路由，将自己的读数与权值相乘后加上自己所有上一跳发送过来的加权和的到一个新的结果，将此结果发送至路由中的下一跳节点；步骤6：利用移动收集器最短路径规划算法规划好收集器的移动路径，然后按照设定路径收集所有簇头处的观测值并传输至Sink；步骤7：Sink节点利用收集到的观测值和观测矩阵Φ以及压缩感知还原算法，恢复传感器节点的原始读数。2.根据权利要求1所述的一种基于均等分簇的光电‑雷达传感器网数据收集方法，其特征在于，步骤1中，假设传感器分布区域是一个边长为A*B的狭长区域，Sink节点位于区域正中心位置；在目标区域内所有传感器负责检测目标数据，每个普通节点在每一轮数据数据T收集过程中都会感知到一个读数xi，Sink节点收集所有节点数据，X＝[x1,x2,...,xN]。3.根据权利要求2所述的一种基于均等分簇的光电‑雷达传感器网数据收集方法，其特征在于，步骤2分为两个阶段：第一阶段：基于凝聚的层次聚类方法AGNES的分簇，在网络处于初始状态时，网络中簇的数目大于要求的M，接下来每一轮都合并相似度最高的两个簇，簇的数目减一，直到只剩下M个簇则本阶段结束；在无线传感器网络模型中，簇与簇之间相似度的定义为只要两个簇之间最短距离小于节点的最大通信距离，就认为这两个簇是连通的，因此，选择如下公式作为相似度的定义方式：其中，Ci和Cj分别表示第i和第j个簇，x和z表示对应簇内的节点；第一阶段基于AGNES的均等分簇算法的步骤如下：(1)网络初始化，每个节点单独构成一个簇Ci，i＝1,2,…,N；(2)根据公式(1)计算出任意两个簇之间的相似度，即Ci,Cj中任意两节点间的最小距离，构建簇间的相似度矩阵；(3)在相似度矩阵中找到相似度最高的两个簇Cm和Cn，合并两个簇，即Cmn＝Cm∪Cn，得到一个新的簇Cmn，簇的个数减小1，重新计算其它簇与Cmn之间的相似度，并更新相似度矩阵；(4)重复步骤(3)，直到网络中簇的个数为M，结束第一阶段的分簇过程；第二阶段：对每个簇包含节点的数目进行调整；具体方式为：为每个簇定义一个限制水平，初始时均为0，当某一个簇向其他簇借了一个节点后，该簇的限制水平就加1；2CN115987867A权利要求书2/3页对于每一个包含节点数小于N/M的簇Ci，找到所有在该簇通信范围内并且不属于该簇的节点，将这些节点加入一个集合Q，并且按照到簇的距离由小到大排序；若Q中存在节点k，并且节点k所属的簇Ck的节点数目大于N/M，那么就将节点k从Ck移除并加入簇Ci中；否则，如果Q中存在节点k，其所属的簇Ck的限制水平为0，那么同样将k从Ck移入Ci，并改变Ci的限制水平；否则，就找到Q中节点