基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法【专利摘要】本发明涉及基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，基于后验的能量感知定位策略，针对传感器网络簇头与传感器之间的通信采用两步通信协议，其中，传感器在检测出一个目标位置后，通过简单的检测触发信号告知传感器网络簇头，然后，传感器网络簇头通过质询一个近似位置的传感器集合，实现针对检测到目标的传感器的定位，整个过程能够有效降低传感器定位过程中能量消耗，大大延长了整个无线传感器网络的使用寿命。【专利说明】基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法。【
背景技术：
】[0002]智能电网的数据传输网的组成包括有线网络和无线网络，其中无线网络主要指无线传感器网络。无线传感器网络是面向具体应用型的网络，在智能电网中还是一个较新与较热的研究领域。无线传感器网络的强适应性确保节点能根据实际要求部署在各种条件苛刻环境险恶的区域内，不仅减轻了人工检查的工作量和困难度，而且可以长期有效地收集数据信息，同时减少了维护次数，降低了有线检测的成本，特别是在偏远山区甚至是人类搜索更加困难的区域，都可以最大地体现无线传感器网络的优势。[0003]智能电网是一项清洁、绿色的工程，要求无线传感器网络具有更小的能量消耗和通信带宽需求，具有更长的系统寿命。能量策略在网络中是至关重要的，近来有一些研究已经使传感器网络能量更有效，如提出了一种无论传感器是否工作，都能计算出网络寿命边界的数学模型；还有基于硬件的用来传输和接收的能量模型被广泛应用于无线传感器网络节点中；不仅如此，现有技术还提出了基于簇的LEACH路由算法，作为无线传感器网络的高效能量通信协议，并且其它相关工作包括链路层的能量节省策略、数据融合和系统划分。[0004]一般来说，一个传感器网络如果没有节点活动，能量的消耗率是恒定的，由于定位包括不同节点的协同传感和通信，其中，定位细节的传输包含了大量的原始数据而需要消耗很大的能量；同时，无线信道的有限带宽也使得定位细节传输到簇头的时间有了延迟，因此，一个活动的传感器网络的最低能量消耗是很难确定的，由此可以看出，对于无线传感器网络来说，传感器网络簇头要想实现针对传感器的定位，将带来大量的能量消耗，耗费系统资源。【
发明内容】[0005]针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于后验的能量感知定位策略，采用两步通信协议，能够有效降低传感器定位过程中能量消耗的基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法。[0006]本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，包括如下步骤：[0007]步骤01.所有检测到目标的传感器向传感器网络簇头发送检测触发信号，其中，检测触发信号仅包含检测到目标的触发告知信号，不包括具体目标的检测信息；[0008]步骤02.传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息；[0009]步骤03.传感器网络簇头分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；[0010]步骤04.传感器网络簇头根据检测概率报告，从初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的各个传感器中选择可供质询的传感器集合；[0011]步骤05.传感器网络簇头获取可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息；[0012]步骤06.假设可供质询的传感器集合中传感器数量的最大数量是m，判断m是否大于等于初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器的数量，是则选择可供质询的传感器集合中的所有传感器接受传感器网络簇头的质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位；否则根据可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息，选择具有最小距离最高得分所对应的传感器接受传感器网络簇头质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位。[0013]作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤02中，传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，通过或然定位算法确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息。[0014]作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤03中，传感器网络簇头通过如下公式(1)分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；[0015]P_table''(l)=pJsj,丨)(I)[0016]其中，无线传感器网络中节点p(x，y)为被一系列传感器检测到的目标，用Cxy表示；Sj为无线传感器网络中第j个传感器，，若Sj检测到p(x，y)的位置，则Pxy(Sj，I)=Cxy(Sj);否贝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。[0017]作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤04具体包括：[0018](t)表示t时刻初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器集合，SimxyU)表示t时刻检测到目标P(x，y)的传感器集合，Sq(t)表示t时刻被所述传感器网络簇头选择问询的传感器集合，(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基数分别表示SA_(t)、AMp,xv(t)和Aq(t);传感器网络簇头根据检测概率报告，从A_(t)中选择Aq(t)个传感器构成可供质询的传感器集合。[0019]作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤06之后还包括如下步骤：[0020]步骤07.针对无线传感器网络中的传感器建立传感器检测模型，并根据传感器检测模型建立传感器能量消耗模型；[0021]步骤08.针对由传感器网络簇头定位的各个传感器，通过传感器能量消耗模型获得各个传感器的能量消耗，并进行统计。[0022]本发明所述基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，基于后验的能量感知定位策略，针对传感器网络簇头与传感器之间的通信采用两步通信协议，其中，传感器在检测出一个目标位置后，通过简单的检测触发信号告知传感器网络簇头，然后，传感器网络簇头通过质询一个近似位置的传感器集合，实现针对检测到目标的传感器的定位，整个过程能够有效降低传感器定位过程中能量消耗，大大延长了整个无线传感器网络的使用寿命。【专利附图】【附图说明】[0023]图1是本发明设计基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法的流程不意图；[0024]图2是本发明中获得检测概率报告的实施例示意图；[0025]图3是本发明中有移动目标的无线传感器网络；[0026]图4是本发明中实施例中随机运动的目标轨迹示意图；[0027]图5是本发明实现传感器定位过程中节省的瞬时能量；[0028]图6是本发明实现传感器定位过程中节省的累积能量。【具体实施方式】[0029]下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。[0030]如图1所示，本发明设计基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，包括如下步骤：[0031]步骤01.所有检测到目标的传感器向传感器网络簇头发送检测触发信号，其中，检测触发信号仅包含检测到目标的触发告知信号，不包括具体目标的检测信息；[0032]步骤02.传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息；[0033]步骤03.传感器网络簇头分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；[0034]步骤04.传感器网络簇头根据检测概率报告，从初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的各个传感器中选择可供质询的传感器集合；[0035]步骤05.传感器网络簇头获取可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息；[0036]步骤06.假设可供质询的传感器集合中传感器数量的最大数量是m，判断m是否大于等于初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器的数量，是则选择可供质询的传感器集合中的所有传感器接受传感器网络簇头的质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位；否则根据可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息，选择具有最小距离最高得分所对应的传感器接受传感器网络簇头质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位。[0037]本发明基于以上设计的技术方案，在实现针对传感器进行定位的过程中，大大节省了能量的消耗，除此之外，本发明还针对以上技术方案提出了如下优选技术方案：所述步骤02中，传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，通过或然定位算法确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息；所述步骤03中，传感器网络簇头通过如下公式（1)分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；[0038]pJablewr(I)=UA,.(.v,,/)(I)[0039]其中，无线传感器网络中节点p(x，y)为被一系列传感器检测到的目标，用Cxy表示；SjS无线传感器网络中第j个传感器，OSKf'，若Sj检测到p(x，y)的位置，则Pxy(Sj，l)=Cxy(Sj);否贝uPxy(Sj，l)=I-Cxy(Sj);还有针对步骤04,设计具体包括：[0040]Srep(t)表示t时亥Ij初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器集合，SimxyU)表示t时刻检测到目标P(x，y)的传感器集合，Sq(t)表示t时刻被所述传感器网络簇头选择问询的传感器集合，(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基数分别表示SA_(t)、AMp,xv(t)和Aq(t);传感器网络簇头根据检测概率报告，从A_(t)中选择Aq(t)个传感器构成可供质询的传感器集合；并且针对以上设计的技术方案基础上，在步骤06之后还包括如下步骤：[0041]步骤07.针对无线传感器网络中的传感器建立传感器检测模型，并根据传感器检测模型建立传感器能量消耗模型；[0042]步骤08.针对由传感器网络簇头定位的各个传感器，通过传感器能量消耗模型获得各个传感器的能量消耗，并进行统计。[0043]基于设计的步骤07和步骤08可以针对上述传感器网络簇头实现传感器定位过程中的能量消耗进行统计。[0044]综上所述技术方案，基于后验的能量感知定位策略，针对传感器网络簇头与传感器之间的通信采用两步通信协议，其中，传感器在检测出一个目标位置后，通过简单的检测触发信号告知传感器网络簇头，然后，传感器网络簇头通过质询一个近似位置的传感器集合，实现针对检测到目标的传感器的定位，整个过程能够有效降低传感器定位过程中能量消耗，大大延长了整个无线传感器网络的使用寿命。[0045]本发明设计基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法在实际应用中，首先作如下初始化：无线传感器网络中的所有传感器都能跟传感器网络簇头通信；传感器网络簇头在初始化步骤中也能知道传感器的位置信息；传感器网络簇头在能量的消耗上要大于无线传感器网络的传感器，这是因为本文用传感器网络簇头负责计算，传感器负责收集数据。为了方便，我们认为发送和接收一定数量的数据所花费的时间是一样的；不同传感器到簇头的距离差异忽略不计；另外，所有传感器假设都是一致的。[0046]具体包括如下步骤：[0047]步骤01.所有检测到目标的传感器向传感器网络簇头发送检测触发信号，其中，检测触发信号仅包含检测到目标的触发告知信号，不包括具体目标的检测信息，以上方式，即为了节省能量和带宽，这个检测目标的通知会用很简单的方式，一个比特就够了。详细的信息会先存储在本地内存中并在后续的质询中提供给传感器网络簇头。[0048]步骤02.传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，通过或然定位算法确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息。[0049]步骤03.传感器网络簇头通过如下公式（1)分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；[0050]P_tubk\Y{I)=Upv,{srl)(I)[0051]其中，无线传感器网络中节点p(x，y)为被一系列传感器检测到的目标，用Cxy表示；Sj为无线传感器网络中第j个传感器，OU，若Sj检测到p(x，y)的位置，则Pxy(Sj，I)=Cxy(Sj);否贝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。[0052]以图2为例，点（2,4)被传感器81、82和83覆盖，概率分别为0.57、1和0.57,传感器Sl、s2和S3-共有八种可能性检测到点（2,4)，例如，110代表了Sl、s2检测到点，而S3未检测到，我们计算每一种情况的概率，并将其列成如表1所示的检测概率表，一旦建立了概率表之后，除非传感器位置发生变化，否则是不用重新计算的。[0053]【权利要求】1.基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤01.所有检测到目标的传感器向传感器网络簇头发送检测触发信号，其中，检测触发信号仅包含检测到目标的触发告知信号，不包括具体目标的检测信息；步骤02.传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息；步骤03.传感器网络簇头分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；步骤04.传感器网络簇头根据检测概率报告，从初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的各个传感器中选择可供质询的传感器集合；步骤05.传感器网络簇头获取可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息；步骤06.假设可供质询的传感器集合中传感器数量的最大数量是m，判断m是否大于等于初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器的数量，是则选择可供质询的传感器集合中的所有传感器接受传感器网络簇头的质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位；否则根据可供质询的传感器集合中各个传感器针对目标检测的分数信息，选择具有最小距离最高得分所对应的传感器接受传感器网络簇头质询，获取该各个传感器的详细信息，实现针对发送检测触发信号的传感器的定位。2.根据权利要求1所述基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤02中，传感器网络簇头根据接收到的检测触发信号，通过或然定位算法确定发送检测触发信号的传感器的初选定位信息。3.根据权利要求1所述基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤03中，传感器网络簇头通过如下公式（1)分别获得无线传感器网络中各个传感器针对无线传感器网络中全体目标的检测概率，构成检测概率报告；ptabiej!)=n/^,.(.v,,/)(1)sj^sXv其中，无线传感器网络中节点P(x，y)为被一系列传感器检测到的目标，用Cxy表示；Sj为无线传感器网络中第j个传感器，，若Sj检测到p(x，y)的位置，则pxy(Sj，1)=Cxy(Sj);否贝丨JPxy(Sj，I)=I-Cxy(Sj)。4.根据权利要求1所述基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤04具体包括：(t)表示t时刻初选定位信息所指定区域中向传感器网络簇头发送检测触发信号的传感器集合，SimxyU)表示t时刻检测到目标P(x，y)的传感器集合，Sq(t)表示t时刻被所述传感器网络簇头选择问询的传感器集合，S_(t)、S_，xy(t)和Sq(t)三者的基数分别表示为^^^⑴和^⑴准感器网络簇头根据检测概率报告:从^^⑴中选择^⑴个传感器构成可供质询的传感器集合。5.根据权利要求1所述基于能量感知的智能电网无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤06之后还包括如下步骤：步骤07.针对无线传感器网络中的传感器建立传感器检测模型，并根据传感器检测模型建立传感器能量消耗模型；步骤08.针对由传感器网络簇头定位的各个传感器，通过传感器能量消耗模型获得各个传感器的能量消耗，并进行统计。【文档编号】H04W64/00GK104363651SQ201410531797【公开日】2015年2月18日申请日期:2014年10月10日优先权日:2014年10月10日【发明者】缪巍巍,王翀,潘琛,赵俊峰,江灏申请人:国家电网公司,江苏省电力公司,江苏省电力公司信息通信分公司