CN104796910A - 一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，包括如下步骤：步骤1、建立锚节点空间定位规划映射表；步骤2、根据锚节点空间定位规划映射表，实现锚节点组网并划分通信包络和彼此重叠区域，确定待定位节点的移动空间；步骤3、基于锚节点通信距离和能源建立纳什均衡定位组网模型；步骤4、实现择优的定位组网策略选取：在建立好的纳什均衡定位组网模型上，由待定位节点给备选锚节点发送赋值信号确定备选锚节点的工作状态。本发明方法实现了同时兼顾定位距离和能耗的双方面因素，在锚节点定位组网的过程中优化了定位网络，降低了整体无线定位网络节点的能耗。

Description

一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法
技术领域
本发明涉及锚节点定位组网方法，具体涉及一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法。
背景技术
变电站的作业环境复杂恶劣，使得误入间隔、巡视不到位等违规作业行为时有发生，为了保障变电站人员在实际场景下的人身安全，需要利用无线传感器网络定位技术，实时定位作业人员的当前位置，跟踪其在站内的移动轨迹，自动感知误入工区等行为，从而有效监控巡视不到位、漏巡甚至不巡等违规作业行为。同时，在定位过程中需要兼顾定位锚节点和待定位节点之间的通信距离与能耗之间的平衡问题。为了均衡通信距离与能耗二者间的影响，引进纳什均衡的博弈论思想，鉴于锚节点和待定位节点自身有限能源的限制现状，为待定位节点制定择优定位策略，实现变电站人员的定位过程具有深远的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，该方法能够同时兼顾定位距离和能耗，优化定位网络，获取最优定位策略。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括如下步骤：
步骤1、建立锚节点空间定位规划映射表：该映射表由锚节点ID和定位空间位置组成双重映射关系，其中由锚节点ID实现定位空间位置的查询，由定位空间位置实现锚节点信息的读取；
步骤2、根据锚节点空间定位规划映射表，实现锚节点组网并划分通信包络和彼此重叠区域，确定出待定位节点的移动空间；
步骤3、基于锚节点通信距离和能源建立纳什均衡定位组网模型：在待定位节点的移动空间内，获取待定位节点与锚节点的通信距离，按照通信距离就近原则，从待定位节点侧选取实现其自身定位的备选锚节点，同时在锚节点空间定位规划映射表中获取实施定位策略的备选锚节点所需能源；
步骤4、实现择优的定位组网策略选取：在建立好的纳什均衡定位组网模型上，由待定位节点给备选锚节点发送赋值信号确定备选锚节点的工作状态。
所述的步骤1中依据事先测量出来的变电站三维场景，实现具有三维定位坐标系功能的锚节点场景布置，在通信半径内，建立锚节点的空间定位规划映射表。
所述的空间定位规划映射表以锚节点唯一标识ID为索引，分别建立相互实现定位功能的锚节点关联关系，并在空间定位规划映射表中记录锚节点空间位置P(x,y,z)和自身的能源当前值E。
所述的步骤2中根据锚节点空间定位规划映射表中的约束关系，以通信半径为r0绘制球体包络，通过不同锚节点通信包络的叠加，获得相互重叠的区域，该重叠区域为待定位节点的移动空间。
所述的约束关系具体指锚节点的自身能耗受定位空间位置制约的关系，以及整体定位效果受空间待定位距离和锚节点自身现有能源双重约束的关系。
所述的步骤3中建立纳什均衡定位组网模型，待定位节点与锚节点的定位合作集合为G＝{U,N；S1,S2；p1,p2}；
所述的定位合作集合模型参数说明如下：合作对象分为待定位节点U和锚节点N；定位策略分为参与定位S1和不参与定位S2；p1和p2分别表示合作对象是否参与定位的量化分析函数p：当备选锚节点能耗满足要求的情况下，通信距离最远的备选锚节点设置p＝0；当备选锚节点的与待定位节点的通信距离差值的绝对值与通信距离均值的比值≤20％的情况下，备选锚节点中自身能源较低的设置p＝0；其他情况下，p＝1；
p＝0表示不参与定位合作，p＝1表示参与定位合作。
所述的步骤4在建立好的纳什均衡定位组网模型上，由待定位节点给备选锚节点发送p值：当p＝0时，备选锚节点N被置为闲时监听状态，并进入下一轮次的定位工作；当p＝1，备选锚节点N被置为定位组网状态。
与现有技术相比，本发明基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法事先建立锚节点空间定位规划映射表，然后建立纳什均衡定位模型，最后获取最优定位策略，通过引进博弈论的思想来均衡定位节点之间的能耗问题。本发明方法实现了同时兼顾定位距离和能耗的双方面因素，一方面，定位距离采取就近原则，实现降低定位误差和定位规模复杂程度的目的，另一方面，能耗采取全局优化策略，以牺牲定位系统最小能耗和平衡锚节点花销作为双重考虑，实现能耗多维度兼顾，在锚节点定位组网的过程中优化了定位网络，降低了整体无线定位网络节点的能耗。
附图说明
图1本发明方法逻辑流程图；
图2本发明锚节点组网下的通信包络和彼此重叠区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法具体操作按照如下顺序进行：
1.维护锚节点空间定位规划映射表：由锚节点关系型数据库获取空间信息和锚节点信息，建立锚节点空间定位规划映射表；根据锚节点空间定位规划映射表，实现锚节点无线组网；统一管理锚节点空间定位规划映射表，借助无线通信来激活锚节点为监听工作状态，确认定位网络下的锚节点的各自信息。
2.规划定位区间：从空间定位规划表中获取锚节点的空间相对位置，划分待定位节点的移动空间。如图2所示，根据锚节点空间定位规划映射表中的约束关系绘制球体包络，通过不同锚节点通信包络的叠加，获得相互重叠的区域，该重叠区域为待定位节点的移动空间。
约束关系具体指锚节点的自身能耗受定位空间位置制约的关系，以及整体定位效果受空间待定位距离和锚节点自身现有能源双重约束的关系。
3.获取定位择优策略：将待定位节点和锚节点通信距离和自身能源作为评价参数建立纳什均衡定位组网模型，从参与对象、定位行为、行为函数三方面获取参与本次定位过程的锚节点组合。然后在建立好的纳什均衡定位组网模型上，通过纳什均衡定位组网模型计算，由待定位节点给备选锚节点发送赋值信号确定备选锚节点的工作状态，获取定位组网的最优策略。
本发明方法实现了同时兼顾定位距离和能耗的双方面因素，在锚节点定位组网的过程中优化了定位网络，降低了整体无线定位网络节点的能耗，定位组网过程中解决了锚节点和待定位节点自身能源限制的现状。

Claims (7)

1.一种基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立锚节点空间定位规划映射表：该映射表由锚节点ID和定位空间位置组成双重映射关系，其中由锚节点ID实现定位空间位置的查询，由定位空间位置实现锚节点信息的读取；
步骤2、根据锚节点空间定位规划映射表，实现锚节点组网并划分通信包络和彼此重叠区域，确定出待定位节点的移动空间；
步骤3、基于锚节点通信距离和能源建立纳什均衡定位组网模型：在待定位节点的移动空间内，获取待定位节点与锚节点的通信距离，按照通信距离就近原则，从待定位节点侧选取实现其自身定位的备选锚节点，同时在锚节点空间定位规划映射表中获取实施定位策略的备选锚节点所需能源；
步骤4、实现择优的定位组网策略选取：在建立好的纳什均衡定位组网模型上，由待定位节点给备选锚节点发送赋值信号确定备选锚节点的工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的步骤1中依据事先测量出来的变电站三维场景，实现具有三维定位坐标系功能的锚节点场景布置，在通信半径内，建立锚节点的空间定位规划映射表。
3.根据权利要求1或2所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的空间定位规划映射表以锚节点唯一标识ID为索引，分别建立相互实现定位功能的锚节点关联关系，并在空间定位规划映射表中记录锚节点空间位置P(x,y,z)和自身的能源当前值E。
4.根据权利要求1所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的步骤2中根据锚节点空间定位规划映射表中的约束关系，以通信半径为r0绘制球体包络，通过不同锚节点通信包络的叠加，获得相互重叠的区域，该重叠区域为待定位节点的移动空间。
5.根据权利要求4所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的约束关系具体指锚节点的自身能耗受定位空间位置制约的关系，以及整体定位效果受空间待定位距离和锚节点自身现有能源双重约束的关系。
6.根据权利要求1所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的步骤3中建立纳什均衡定位组网模型，待定位节点与锚节点的定位合作集合为G＝{U,N；S1,S2；p1,p2}；
所述的定位合作集合模型参数说明如下：合作对象分为待定位节点U和锚节点N；定位策略分为参与定位S1和不参与定位S2；p1和p2分别表示合作对象是否参与定位的量化分析函数p：当备选锚节点能耗满足要求的情况下，通信距离最远的备选锚节点设置p＝0；当备选锚节点的与待定位节点的通信距离差值的绝对值与通信距离均值的比值≤20％的情况下，备选锚节点中自身能源较低的设置p＝0；其他情况下，p＝1；
p＝0表示不参与定位合作，p＝1表示参与定位合作。
7.根据权利要求6所述的基于纳什均衡的锚节点节能式定位组网方法，其特征在于：所述的步骤4在建立好的纳什均衡定位组网模型上，由待定位节点给备选锚节点发送p值：当p＝0时，备选锚节点N被置为闲时监听状态，并进入下一轮次的定位工作；当p＝1，备选锚节点N被置为定位组网状态。
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徐许亮: "无线自组网中节点协作的纳什均衡研究", 《计算机工程》 *

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