首页 > 专利 > 杭州电子科技大学 > 一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法专利详情

一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法   0    0

有效专利 查看PDF
专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-10-31
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-03-20
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-12-27
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-10-31
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201911053290.5 申请日 2019-10-31
公开/公告号 CN110839245B 公开/公告日 2022-12-27
授权日 2022-12-27 预估到期日 2039-10-31
申请年 2019年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H04W16/18H04W16/22G06N3/12H04W84/18 主分类号 H04W16/18
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 3 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN107343283A、WO2022193642A1、CN106131862A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 周后盘、胡进、吴辉、夏鹏飞、胡菲群 第一发明人 周后盘
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
杨舟涛
摘要
本发明公开了一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署,本发明将二维平面空间划分成二维平面网格,将节点有效覆盖率、节点数目N最小、部署在二维平面空间内的信标节点所组成的凸包面积最大作为优化目标,将在于信标节点相邻的8个网格点上禁止部署其它信标节点作为约束条件,采用NSGA2算法进行迭代优化,在达到迭代的终止条件时得到的最优解集中选取与实际情况相符合的解作为室内定位的无线传感器网络节点部署方案,最后得到的最优解集中,按照实际需求选择最优解,本发明解决了室内定位中,定位精度较差,参与定位的无线传感器网络信标节点在部署时节点数量代价过高的问题,在不增加额外信标节点的情况下,提高了室内定位精度。
  • 摘要附图
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图1
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图2
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图3
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图4
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图5
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图6
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图7
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
  • 说明书附图:图8
    一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-12-27 授权
2 2020-03-20 实质审查的生效 IPC(主分类): H04W 16/18 专利申请号: 201911053290.5 申请日: 2019.10.31
3 2020-02-25 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将二维平面空间划分成为横轴为x,纵轴为y的二维平面网格,假设网格规格为A*B的矩形网格,每个网格边长为a的正方形,将形成(A+1)*(B+1)个网格节点;
步骤2,将节点有效覆盖率Pkc最高作为优化目标一T1,将节点数目N最小作为优化目标二T2,将部署在二维平面空间内的信标节点所组成的凸包面积最大SN作为优化目标三T3;将在于信标节点相邻的8个网格点上禁止部署其它信标节点作为约束条件;
有效覆盖率数学表述为:
优化目标一数学表述为:
其中,Skc表示K重覆盖面积,A表示监测区域面积,m表示最高覆盖度;
优化目标二数学表述为:
Maximize:T2=N           (3)
优化目标三数学表述为:
Maximize:T3=SN
其中,N表示二维平面空间内部署的信标节点数目,SN表示由N信标节点所组成的凸包面积;
约束条件数学表述为:
其中d(i,j)表示信标节点i到信标节点j的欧式距离,且
i≠j,i=1,2,3,...N,j=1,2,3,...N;
步骤3,采用NSGA2算法进行迭代优化,在达到迭代的终止条件时得到的最优解集中选取与实际情况相符合的解作为室内定位的无线传感器网络节点部署方案;具体包括以下子步骤:
步骤3.01,确定二维定位空间范围,即各个网格节点坐标;
步骤3.02,初始化,定义种群规模pop、交叉率、变异率、最大种群代数gen,染色体基因编码方式为二进制编码;令gen=1,随机产生pop个个体的初始解集;
步骤3.03,拓扑结构判别,首先,对种群中每个个体进行基因判别,即判别有信标节点的每个网格交点的相邻网格交点是否已部署信标节点,如有,将该网格节点对应的基因值修改为0;
步骤3.04,进行选择操作、进行交叉操作后调用步骤3.03,进行变异操作后调用步骤
3.03;
步骤3.05,判断是否已生成第一代种群,如果是gen+1,转到步骤3.06;否则,转到步骤
3.04;
步骤3.06,将父代子代种群合并;
步骤3.07,判断是否已生成新的种群,若已生成,转到步骤3.08,否则转到步骤3.10;
步骤3.08,调用步骤3.04后,转入3.09;
步骤3.09,判断Gen是否小于最大代数,若是则Gen+1转到步骤3.06;否则结束;
步骤3.10,快速非支配排序;
步骤3.11,计算拥挤距离;
步骤3.12,选择合适个体组成新的种群;
步骤3.13,转到步骤3.07;
步骤4,按照步骤3所得到的最优解集中,按照实际需求选择最优解。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及的领域为室内定位领域,特别的涉及一种应用于室内定位领域的无线传感器网络节点部署方法。

背景技术

[0002] 随着导航等基于位置服务(LBS)的快速发展,人们对包括商场综合体、矿井、地下停车场等室内精确定位的需求也与日俱增。当前业界对于室内定位的研究多从对传感器信号的滤波、与其它定位信号融合、或是对测距误差的补偿改进定位算法来提升室内定位的精度,对于提供定位服务的无线传感器网络拓扑结构优化的研究却不多。
[0003] 无线传感器网络(WSN)是由具有一定感知、计算和通信能力的传感器节点组成,在国防军事、工业现场、抢险救灾以及室内定位导航领域取得了广泛应用。当前对于无线传感器网络拓扑结构优化在室内定位方面的研究尚处于起步阶段,未形成一种通用的无线传感器网络拓扑结构信标节点布局优化方法,室内定位的无线传感器网络拓扑结构多为均匀部署,其定位误较大,如果提升定位精度必须增加额外的信标节点,这会使得部署成本增加。
[0004] 当前研究已经证明,确定区域内的无线传感器网络信标节点最优部署问题是一个NPC问题,采用传统方法会难以解决。群体智能算法,如遗传算法在解决大规模计算、NPC等问题方面表现出了很好的性能,因此被广泛应用无线传感器网络的优化问题。本研究采用带精英策略的非支配快速排序多目标遗传算法(NSGA2)求解无线传感器网络拓扑结构优化问题来提升室内定位精度同时不增加额外部署成本。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是:提供一种无线传感器网络信标节点部署方法,用以解决传统的无线传感器网络布局方案中定位精度差的问题。
[0006] 本发明一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法,该方法包括以下步骤:
[0007] 步骤1,将二维平面空间划分成为横轴为x,纵轴为y的二维平面网格,假设网格规格为A*B的矩形网格,每个网格边长为a的正方形,将形成(A+1)*(B+1)个网格节点;
[0008] 步骤2,将节点有效覆盖率Pkc最高作为优化目标一T1,将节点数目N最小作为优化目标二T2,将部署在二维平面空间内的信标节点所组成的凸包面积最大SN作为优化目标三T3。将在于信标节点相邻的8个网格点上禁止部署其它信标节点作为约束条件。
[0009] 步骤3,采用NSGA2算法进行迭代优化,在达到迭代的终止条件时得到的最优解集中选取与实际情况相符合的解作为室内定位的无线传感器网络节点部署方案。
[0010] 步骤4,按照步骤3所得到的最优解集中,按照实际需求选择最优解。
[0011] 作为优选,所述步骤3中包括以下子步骤:
[0012] 步骤3.01,确定二维定位空间范围,即各个网格节点坐标。
[0013] 步骤3.02,初始化,定义种群规模pop、交叉率、变异率、最大种群代数gen,染色体基因编码方式为二进制编码。令gen=1,随机产生pop个个体的初始解集。
[0014] 步骤3.03,拓扑结构判别,首先,对种群中每个个体进行基因判别,即判别有信标节点的每个网格交点的相邻网格交点是否已部署信标节点,如有,将该网格节点对应的基因值修改为0。
[0015] 步骤3.04,进行选择操作、进行交叉操作后调用步骤3.03,进行变异操作后调用步骤3.03。
[0016] 步骤3.05,判断是否已生成第一代种群,如果是gen+1,转到步骤3.06。否则,转到步骤3.04。
[0017] 步骤3.06,将父代子代种群合并。
[0018] 步骤3.07,判断是否已生成新的种群,若已生成,转到步骤3.08,否则转到步骤3.10。
[0019] 步骤3.08,调用步骤3.04后,转入3.09。
[0020] 步骤3.09,判断Gen是否小于最大代数,若是则Gen+1转到步骤3.06。否则结束。
[0021] 步骤3.10,快速非支配排序。
[0022] 步骤3.11,计算拥挤距离。
[0023] 步骤3.12,选择合适个体组成新的种群。
[0024] 步骤3.13,转到步骤3.07。
[0025] 作为优选,所述步骤2中,有效覆盖率数学表述为:
[0026]
[0027] 优化目标一数学表述为:
[0028]
[0029] 其中,Skc表示K重覆盖面积,A表示监测区域面积,m表示最高覆盖度。
[0030] 优化目标二数学表述为:
[0031] Maximize:T2=N                                         (3)[0032] 优化目标三数学表述为:
[0033] Maximize:T3=SN
[0034] 其中,N表示二维平面空间内部署的信标节点数目,SN表示由N信标节点所组成的凸包面积。
[0035] 约束条件数学表述为:
[0036]
[0037] 其中d(i,j)表示信标节点i到信标节点j的欧式距离,且
[0038] i≠j,i=1,2,3,...N,j=1,2,3,...N°
[0039] 本发明相对于现有技术具有的效果:本发明解决了室内定位中,定位精度较差,参与定位的无线传感器网络信标节点在部署时节点数量代价过高的问题。在不增加额外信标节点的情况下,提高了室内定位精度。

实施方案

[0048] 下面结合附图及实际算例对本发明作进一步的详细说明。图1为本发明提供的一种应用于室内定位的无线传感器网络节点部署方法流程图。
[0049] 步骤1:选择杭州某大学教学楼室内停车场部分区域作为实验区域如图2。
[0050] 将此平面空间划分成为横轴为x,纵轴为y的二维平面网格,网格规格为12m*12m的矩形网格,每个网格为边长为1m的正方形,将形成169个网格节点,如图3[0051] 步骤2:构建将节点有效覆盖率Pkc最高作为优化目标一T1,有效覆盖率示意图如图4所示。将节点数目N最小作为优化目标二T2,将部署在二维平面空间内的信标节点所组成的凸包面积最大SN作为优化模目标三T3。将在于信标节点相邻的8个网个点上禁止部署其它信标节点作为约束条件,约束条件示意图如图5所示。
[0052] 步骤3:确定二维定位空间范围,即各个网格点坐标,将室内二维平面空间转化为遗传算法的基因链如图6所示。将所有网格点用一个拥有169个基因位的染色体表示,若网格点放置信标节点则,该基因位的基因值为1,没有则为0。
[0053] 步骤4:采用NSGA2作为拓扑结构优化模型求解算法,具体过程如图7所示。该步骤的具体步骤为:
[0054] 步骤4.01:初始化,定义种群规模(pop)大小为200、交叉率0.9、变异率为0.1。最大种群代数(Gen)为10000,染色体编码方式采用二进制编码。
[0055] 步骤4.02:拓扑结构判别,首先,对种群中每个个体进行基因判别,即判别有信标节点的每个网格交点的相邻网格交点是否已部署信标节点,如有,将该网格节点对应的基因值修改为0。
[0056] 步骤4.03,进行选择操作、进行交叉操作后调用步骤4.02、进行变异操作后调用步骤4.02。
[0057] 步骤4.04,判断是否已生成第一代种群,如果是Gen+1,转到步骤4.05。否则,转到步骤4.03。
[0058] 步骤4.05,将父代子代种群合并。
[0059] 步骤4.06,判断是否已生成新的种群,若已生成,转到步骤4.07,否则转到步骤4.09。
[0060] 步骤4.07,调用步骤4.03,转入4.08,
[0061] 步骤4.08,判断Gen是否小于200,若是则Gen+1转到步骤4.05。否则结束。
[0062] 步骤4.09,快速非支配排序。
[0063] 步骤4.10,计算拥挤距离。
[0064] 步骤4.11,选择合适个体组成新的种群。
[0065] 步骤4.12,转到步骤4.06。
[0066] 步骤5:按照步骤4所得到的最优解集中,按照实际需求选择最优解,此时选择30个信标节点中覆盖率最高的解作为最优解,如图8所示。

附图说明

[0040] 图1为本发明提供的非规则区域的无线传感器网络节点部署方法流程图;
[0041] 图2为杭州某大学教学楼室内停车场部分区域;
[0042] 图3为二维平面空间网格划分图;
[0043] 图4为4度覆盖图;
[0044] 图5为约束条件样例图;
[0045] 图6为基于NSGA2算法,通过网格点坐标,将室内二维平面空间转化为遗传算法的基因链;
[0046] 图7为NSGA2算法流程图;
[0047] 图8为优化后的信标节点部署图。
版权所有:盲专网 ©2023 zlpt.xyz  蜀ICP备2023003576号