基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法【專利摘要】本發明涉及基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，基于后驗的能量感知定位策略，針對傳感器網絡簇頭與傳感器之間的通信采用兩步通信協議，其中，傳感器在檢測出一個目標位置后，通過簡單的檢測觸發信號告知傳感器網絡簇頭，然后，傳感器網絡簇頭通過質詢一個近似位置的傳感器集合，實現針對檢測到目標的傳感器的定位，整個過程能夠有效降低傳感器定位過程中能量消耗，大大延長了整個無線傳感器網絡的使用壽命。【專利說明】基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法。【
背景技術：
】[0002]智能電網的數據傳輸網的組成包括有線網絡和無線網絡，其中無線網絡主要指無線傳感器網絡。無線傳感器網絡是面向具體應用型的網絡，在智能電網中還是一個較新與較熱的研究領域。無線傳感器網絡的強適應性確保節點能根據實際要求部署在各種條件苛刻環境險惡的區域內，不僅減輕了人工檢查的工作量和困難度，而且可以長期有效地收集數據信息，同時減少了維護次數，降低了有線檢測的成本，特別是在偏遠山區甚至是人類搜索更加困難的區域，都可以最大地體現無線傳感器網絡的優勢。[0003]智能電網是一項清潔、綠色的工程，要求無線傳感器網絡具有更小的能量消耗和通信帶寬需求，具有更長的系統壽命。能量策略在網絡中是至關重要的，近來有一些研究已經使傳感器網絡能量更有效，如提出了一種無論傳感器是否工作，都能計算出網絡壽命邊界的數學模型；還有基于硬件的用來傳輸和接收的能量模型被廣泛應用于無線傳感器網絡節點中；不僅如此，現有技術還提出了基于簇的LEACH路由算法，作為無線傳感器網絡的高效能量通信協議，并且其它相關工作包括鏈路層的能量節省策略、數據融合和系統劃分。[0004]一般來說，一個傳感器網絡如果沒有節點活動，能量的消耗率是恒定的，由于定位包括不同節點的協同傳感和通信，其中，定位細節的傳輸包含了大量的原始數據而需要消耗很大的能量；同時，無線信道的有限帶寬也使得定位細節傳輸到簇頭的時間有了延遲，因此，一個活動的傳感器網絡的最低能量消耗是很難確定的，由此可以看出，對于無線傳感器網絡來說，傳感器網絡簇頭要想實現針對傳感器的定位，將帶來大量的能量消耗，耗費系統資源。【
發明內容】[0005]針對上述技術問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于后驗的能量感知定位策略，采用兩步通信協議，能夠有效降低傳感器定位過程中能量消耗的基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法。[0006]本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，包括如下步驟：[0007]步驟01.所有檢測到目標的傳感器向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號，其中，檢測觸發信號僅包含檢測到目標的觸發告知信號，不包括具體目標的檢測信息；[0008]步驟02.傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息；[0009]步驟03.傳感器網絡簇頭分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；[0010]步驟04.傳感器網絡簇頭根據檢測概率報告，從初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的各個傳感器中選擇可供質詢的傳感器集合；[0011]步驟05.傳感器網絡簇頭獲取可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息；[0012]步驟06.假設可供質詢的傳感器集合中傳感器數量的最大數量是m，判斷m是否大于等于初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器的數量，是則選擇可供質詢的傳感器集合中的所有傳感器接受傳感器網絡簇頭的質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位；否則根據可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息，選擇具有最小距離最高得分所對應的傳感器接受傳感器網絡簇頭質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位。[0013]作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟02中，傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，通過或然定位算法確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息。[0014]作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟03中，傳感器網絡簇頭通過如下公式(1)分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；[0015]P_table''(l)=pJsj,丨)(I)[0016]其中，無線傳感器網絡中節點p(x，y)為被一系列傳感器檢測到的目標，用Cxy表示；Sj為無線傳感器網絡中第j個傳感器，，若Sj檢測到p(x，y)的位置，則Pxy(Sj，I)=Cxy(Sj);否貝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。[0017]作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟04具體包括：[0018](t)表示t時刻初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器集合，SimxyU)表示t時刻檢測到目標P(x，y)的傳感器集合，Sq(t)表示t時刻被所述傳感器網絡簇頭選擇問詢的傳感器集合，(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基數分別表示SA_(t)、AMp,xv(t)和Aq(t);傳感器網絡簇頭根據檢測概率報告，從A_(t)中選擇Aq(t)個傳感器構成可供質詢的傳感器集合。[0019]作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟06之后還包括如下步驟：[0020]步驟07.針對無線傳感器網絡中的傳感器建立傳感器檢測模型，并根據傳感器檢測模型建立傳感器能量消耗模型；[0021]步驟08.針對由傳感器網絡簇頭定位的各個傳感器，通過傳感器能量消耗模型獲得各個傳感器的能量消耗，并進行統計。[0022]本發明所述基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明設計的基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，基于后驗的能量感知定位策略，針對傳感器網絡簇頭與傳感器之間的通信采用兩步通信協議，其中，傳感器在檢測出一個目標位置后，通過簡單的檢測觸發信號告知傳感器網絡簇頭，然后，傳感器網絡簇頭通過質詢一個近似位置的傳感器集合，實現針對檢測到目標的傳感器的定位，整個過程能夠有效降低傳感器定位過程中能量消耗，大大延長了整個無線傳感器網絡的使用壽命。【專利附圖】【附圖說明】[0023]圖1是本發明設計基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法的流程不意圖；[0024]圖2是本發明中獲得檢測概率報告的實施例示意圖；[0025]圖3是本發明中有移動目標的無線傳感器網絡；[0026]圖4是本發明中實施例中隨機運動的目標軌跡示意圖；[0027]圖5是本發明實現傳感器定位過程中節省的瞬時能量；[0028]圖6是本發明實現傳感器定位過程中節省的累積能量。【具體實施方式】[0029]下面結合說明書附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。[0030]如圖1所示，本發明設計基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，包括如下步驟：[0031]步驟01.所有檢測到目標的傳感器向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號，其中，檢測觸發信號僅包含檢測到目標的觸發告知信號，不包括具體目標的檢測信息；[0032]步驟02.傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息；[0033]步驟03.傳感器網絡簇頭分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；[0034]步驟04.傳感器網絡簇頭根據檢測概率報告，從初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的各個傳感器中選擇可供質詢的傳感器集合；[0035]步驟05.傳感器網絡簇頭獲取可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息；[0036]步驟06.假設可供質詢的傳感器集合中傳感器數量的最大數量是m，判斷m是否大于等于初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器的數量，是則選擇可供質詢的傳感器集合中的所有傳感器接受傳感器網絡簇頭的質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位；否則根據可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息，選擇具有最小距離最高得分所對應的傳感器接受傳感器網絡簇頭質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位。[0037]本發明基于以上設計的技術方案，在實現針對傳感器進行定位的過程中，大大節省了能量的消耗，除此之外，本發明還針對以上技術方案提出了如下優選技術方案：所述步驟02中，傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，通過或然定位算法確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息；所述步驟03中，傳感器網絡簇頭通過如下公式（1)分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；[0038]pJablewr(I)=UA,.(.v,,/)(I)[0039]其中，無線傳感器網絡中節點p(x，y)為被一系列傳感器檢測到的目標，用Cxy表示；SjS無線傳感器網絡中第j個傳感器，OSKf'，若Sj檢測到p(x，y)的位置，則Pxy(Sj，l)=Cxy(Sj);否貝uPxy(Sj，l)=I-Cxy(Sj);還有針對步驟04,設計具體包括：[0040]Srep(t)表示t時亥Ij初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器集合，SimxyU)表示t時刻檢測到目標P(x，y)的傳感器集合，Sq(t)表示t時刻被所述傳感器網絡簇頭選擇問詢的傳感器集合，(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基數分別表示SA_(t)、AMp,xv(t)和Aq(t);傳感器網絡簇頭根據檢測概率報告，從A_(t)中選擇Aq(t)個傳感器構成可供質詢的傳感器集合；并且針對以上設計的技術方案基礎上，在步驟06之后還包括如下步驟：[0041]步驟07.針對無線傳感器網絡中的傳感器建立傳感器檢測模型，并根據傳感器檢測模型建立傳感器能量消耗模型；[0042]步驟08.針對由傳感器網絡簇頭定位的各個傳感器，通過傳感器能量消耗模型獲得各個傳感器的能量消耗，并進行統計。[0043]基于設計的步驟07和步驟08可以針對上述傳感器網絡簇頭實現傳感器定位過程中的能量消耗進行統計。[0044]綜上所述技術方案，基于后驗的能量感知定位策略，針對傳感器網絡簇頭與傳感器之間的通信采用兩步通信協議，其中，傳感器在檢測出一個目標位置后，通過簡單的檢測觸發信號告知傳感器網絡簇頭，然后，傳感器網絡簇頭通過質詢一個近似位置的傳感器集合，實現針對檢測到目標的傳感器的定位，整個過程能夠有效降低傳感器定位過程中能量消耗，大大延長了整個無線傳感器網絡的使用壽命。[0045]本發明設計基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法在實際應用中，首先作如下初始化：無線傳感器網絡中的所有傳感器都能跟傳感器網絡簇頭通信；傳感器網絡簇頭在初始化步驟中也能知道傳感器的位置信息；傳感器網絡簇頭在能量的消耗上要大于無線傳感器網絡的傳感器，這是因為本文用傳感器網絡簇頭負責計算，傳感器負責收集數據。為了方便，我們認為發送和接收一定數量的數據所花費的時間是一樣的；不同傳感器到簇頭的距離差異忽略不計；另外，所有傳感器假設都是一致的。[0046]具體包括如下步驟：[0047]步驟01.所有檢測到目標的傳感器向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號，其中，檢測觸發信號僅包含檢測到目標的觸發告知信號，不包括具體目標的檢測信息，以上方式，即為了節省能量和帶寬，這個檢測目標的通知會用很簡單的方式，一個比特就夠了。詳細的信息會先存儲在本地內存中并在后續的質詢中提供給傳感器網絡簇頭。[0048]步驟02.傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，通過或然定位算法確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息。[0049]步驟03.傳感器網絡簇頭通過如下公式（1)分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；[0050]P_tubk\Y{I)=Upv,{srl)(I)[0051]其中，無線傳感器網絡中節點p(x，y)為被一系列傳感器檢測到的目標，用Cxy表示；Sj為無線傳感器網絡中第j個傳感器，OU，若Sj檢測到p(x，y)的位置，則Pxy(Sj，I)=Cxy(Sj);否貝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。[0052]以圖2為例，點（2,4)被傳感器81、82和83覆蓋，概率分別為0.57、1和0.57,傳感器Sl、s2和S3-共有八種可能性檢測到點（2,4)，例如，110代表了Sl、s2檢測到點，而S3未檢測到，我們計算每一種情況的概率，并將其列成如表1所示的檢測概率表，一旦建立了概率表之后，除非傳感器位置發生變化，否則是不用重新計算的。[0053]【權利要求】1.基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟01.所有檢測到目標的傳感器向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號，其中，檢測觸發信號僅包含檢測到目標的觸發告知信號，不包括具體目標的檢測信息；步驟02.傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息；步驟03.傳感器網絡簇頭分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；步驟04.傳感器網絡簇頭根據檢測概率報告，從初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的各個傳感器中選擇可供質詢的傳感器集合；步驟05.傳感器網絡簇頭獲取可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息；步驟06.假設可供質詢的傳感器集合中傳感器數量的最大數量是m，判斷m是否大于等于初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器的數量，是則選擇可供質詢的傳感器集合中的所有傳感器接受傳感器網絡簇頭的質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位；否則根據可供質詢的傳感器集合中各個傳感器針對目標檢測的分數信息，選擇具有最小距離最高得分所對應的傳感器接受傳感器網絡簇頭質詢，獲取該各個傳感器的詳細信息，實現針對發送檢測觸發信號的傳感器的定位。2.根據權利要求1所述基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述步驟02中，傳感器網絡簇頭根據接收到的檢測觸發信號，通過或然定位算法確定發送檢測觸發信號的傳感器的初選定位信息。3.根據權利要求1所述基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述步驟03中，傳感器網絡簇頭通過如下公式（1)分別獲得無線傳感器網絡中各個傳感器針對無線傳感器網絡中全體目標的檢測概率，構成檢測概率報告；ptabiej!)=n/^,.(.v,,/)(1)sj^sXv其中，無線傳感器網絡中節點P(x，y)為被一系列傳感器檢測到的目標，用Cxy表示；Sj為無線傳感器網絡中第j個傳感器，，若Sj檢測到p(x，y)的位置，則pxy(Sj，1)=Cxy(Sj);否貝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。4.根據權利要求1所述基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述步驟04具體包括：(t)表示t時刻初選定位信息所指定區域中向傳感器網絡簇頭發送檢測觸發信號的傳感器集合，SimxyU)表示t時刻檢測到目標P(x，y)的傳感器集合，Sq(t)表示t時刻被所述傳感器網絡簇頭選擇問詢的傳感器集合，S_(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基數分別表示為^^^⑴和^⑴準感器網絡簇頭根據檢測概率報告:從^^⑴中選擇^⑴個傳感器構成可供質詢的傳感器集合。5.根據權利要求1所述基于能量感知的智能電網無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述步驟06之后還包括如下步驟：步驟07.針對無線傳感器網絡中的傳感器建立傳感器檢測模型，并根據傳感器檢測模型建立傳感器能量消耗模型；步驟08.針對由傳感器網絡簇頭定位的各個傳感器，通過傳感器能量消耗模型獲得各個傳感器的能量消耗，并進行統計。【文檔編號】H04W64/00GK104363651SQ201410531797【公開日】2015年2月18日申請日期:2014年10月10日優先權日:2014年10月10日【發明者】繆巍巍,王翀,潘琛,趙俊峰,江灝申請人:國家電網公司,江蘇省電力公司,江蘇省電力公司信息通信分公司