一種基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及錨節(jié)點定位組網(wǎng)方法，具體涉及一種基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變電站的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜惡劣，使得誤入間隔、巡視不到位等違規(guī)作業(yè)行為時有發(fā)生，為了保障變電站人員在實際場景下的人身安全，需要利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，實時定位作業(yè)人員的當(dāng)前位置，跟蹤其在站內(nèi)的移動軌跡，自動感知誤入工區(qū)等行為，從而有效監(jiān)控巡視不到位、漏巡甚至不巡等違規(guī)作業(yè)行為。同時，在定位過程中需要兼顧定位錨節(jié)點和待定位節(jié)點之間的通信距離與能耗之間的平衡問題。為了均衡通信距離與能耗二者間的影響，引進(jìn)納什均衡的博弈論思想，鑒于錨節(jié)點和待定位節(jié)點自身有限能源的限制現(xiàn)狀，為待定位節(jié)點制定擇優(yōu)定位策略，實現(xiàn)變電站人員的定位過程具有深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，該方法能夠同時兼顧定位距離和能耗，優(yōu)化定位網(wǎng)絡(luò)，獲取最優(yōu)定位策略。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:包括如下步驟:
[0005]步驟1、建立錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表:該映射表由錨節(jié)點ID和定位空間位置組成雙重映射關(guān)系，其中由錨節(jié)點ID實現(xiàn)定位空間位置的查詢，由定位空間位置實現(xiàn)錨節(jié)點?目息的讀取;
[0006]步驟2、根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，實現(xiàn)錨節(jié)點組網(wǎng)并劃分通信包絡(luò)和彼此重疊區(qū)域，確定出待定位節(jié)點的移動空間；
[0007]步驟3、基于錨節(jié)點通信距離和能源建立納什均衡定位組網(wǎng)模型:在待定位節(jié)點的移動空間內(nèi)，獲取待定位節(jié)點與錨節(jié)點的通信距離，按照通信距離就近原則，從待定位節(jié)點側(cè)選取實現(xiàn)其自身定位的備選錨節(jié)點，同時在錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表中獲取實施定位策略的備選錨節(jié)點所需能源；
[0008]步驟4、實現(xiàn)擇優(yōu)的定位組網(wǎng)策略選取:在建立好的納什均衡定位組網(wǎng)模型上，由待定位節(jié)點給備選錨節(jié)點發(fā)送賦值信號確定備選錨節(jié)點的工作狀態(tài)。
[0009]所述的步驟I中依據(jù)事先測量出來的變電站三維場景，實現(xiàn)具有三維定位坐標(biāo)系功能的錨節(jié)點場景布置，在通信半徑內(nèi)，建立錨節(jié)點的空間定位規(guī)劃映射表。
[0010]所述的空間定位規(guī)劃映射表以錨節(jié)點唯一標(biāo)識ID為索引，分別建立相互實現(xiàn)定位功能的錨節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系，并在空間定位規(guī)劃映射表中記錄錨節(jié)點空間位置P(X，y，Z)和自身的能源當(dāng)前值E。
[0011]所述的步驟2中根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表中的約束關(guān)系，以通信半徑為A繪制球體包絡(luò)，通過不同錨節(jié)點通信包絡(luò)的疊加，獲得相互重疊的區(qū)域，該重疊區(qū)域為待定位節(jié)點的移動空間。
[0012]所述的約束關(guān)系具體指錨節(jié)點的自身能耗受定位空間位置制約的關(guān)系，以及整體定位效果受空間待定位距離和錨節(jié)點自身現(xiàn)有能源雙重約束的關(guān)系。
[0013]所述的步驟3中建立納什均衡定位組網(wǎng)模型，待定位節(jié)點與錨節(jié)點的定位合作集合為 G = {U，N;S1，S2 ;pl，p2}；
[0014]所述的定位合作集合模型參數(shù)說明如下:合作對象分為待定位節(jié)點U和錨節(jié)點N ;定位策略分為參與定位SI和不參與定位S2 ；pl和p2分別表示合作對象是否參與定位的量化分析函數(shù)P:當(dāng)備選錨節(jié)點能耗滿足要求的情況下，通信距離最遠(yuǎn)的備選錨節(jié)點設(shè)置P =O ;當(dāng)備選錨節(jié)點的與待定位節(jié)點的通信距離差值的絕對值與通信距離均值的比值< 20%的情況下，備選銷節(jié)點中自身能源較低的設(shè)置P = O ;其他情況下，P = I;
[0015]P = O表示不參與定位合作，P = I表示參與定位合作。
[0016]所述的步驟4在建立好的納什均衡定位組網(wǎng)模型上，由待定位節(jié)點給備選銷節(jié)點發(fā)送P值:當(dāng)P = O時，備選錨節(jié)點N被置為閑時監(jiān)聽狀態(tài)，并進(jìn)入下一輪次的定位工作；當(dāng)P = 1，備選錨節(jié)點N被置為定位組網(wǎng)狀態(tài)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法事先建立錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，然后建立納什均衡定位模型，最后獲取最優(yōu)定位策略，通過引進(jìn)博弈論的思想來均衡定位節(jié)點之間的能耗問題。本發(fā)明方法實現(xiàn)了同時兼顧定位距離和能耗的雙方面因素，一方面，定位距離采取就近原則，實現(xiàn)降低定位誤差和定位規(guī)模復(fù)雜程度的目的，另一方面，能耗采取全局優(yōu)化策略，以犧牲定位系統(tǒng)最小能耗和平衡錨節(jié)點花銷作為雙重考慮，實現(xiàn)能耗多維度兼顧，在錨節(jié)點定位組網(wǎng)的過程中優(yōu)化了定位網(wǎng)絡(luò)，降低了整體無線定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗。
【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明方法邏輯流程圖；
[0019]圖2本發(fā)明錨節(jié)點組網(wǎng)下的通信包絡(luò)和彼此重疊區(qū)域示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021]參見圖1，本發(fā)明基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法具體操作按照如下順序進(jìn)tx:
[0022]1.維護(hù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表:由錨節(jié)點關(guān)系型數(shù)據(jù)庫獲取空間信息和錨節(jié)點信息，建立錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表；根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，實現(xiàn)錨節(jié)點無線組網(wǎng)；統(tǒng)一管理錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，借助無線通信來激活錨節(jié)點為監(jiān)聽工作狀態(tài)，確認(rèn)定位網(wǎng)絡(luò)下的錨節(jié)點的各自信息。
[0023]2.規(guī)劃定位區(qū)間:從空間定位規(guī)劃表中獲取錨節(jié)點的空間相對位置，劃分待定位節(jié)點的移動空間。如圖2所示，根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表中的約束關(guān)系繪制球體包絡(luò)，通過不同錨節(jié)點通信包絡(luò)的疊加，獲得相互重疊的區(qū)域，該重疊區(qū)域為待定位節(jié)點的移動空間。
[0024]約束關(guān)系具體指錨節(jié)點的自身能耗受定位空間位置制約的關(guān)系，以及整體定位效果受空間待定位距離和錨節(jié)點自身現(xiàn)有能源雙重約束的關(guān)系。
[0025]3.獲取定位擇優(yōu)策略:將待定位節(jié)點和錨節(jié)點通信距離和自身能源作為評價參數(shù)建立納什均衡定位組網(wǎng)模型，從參與對象、定位行為、行為函數(shù)三方面獲取參與本次定位過程的錨節(jié)點組合。然后在建立好的納什均衡定位組網(wǎng)模型上，通過納什均衡定位組網(wǎng)模型計算，由待定位節(jié)點給備選錨節(jié)點發(fā)送賦值信號確定備選錨節(jié)點的工作狀態(tài)，獲取定位組網(wǎng)的最優(yōu)策略。
[0026]本發(fā)明方法實現(xiàn)了同時兼顧定位距離和能耗的雙方面因素，在錨節(jié)點定位組網(wǎng)的過程中優(yōu)化了定位網(wǎng)絡(luò)，降低了整體無線定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗，定位組網(wǎng)過程中解決了錨節(jié)點和待定位節(jié)點自身能源限制的現(xiàn)狀。
【主權(quán)項】
1.一種基于納什均衡的銷節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、建立錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表:該映射表由錨節(jié)點ID和定位空間位置組成雙重映射關(guān)系，其中由錨節(jié)點ID實現(xiàn)定位空間位置的查詢，由定位空間位置實現(xiàn)錨節(jié)點信息的讀取； 步驟2、根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，實現(xiàn)錨節(jié)點組網(wǎng)并劃分通信包絡(luò)和彼此重疊區(qū)域，確定出待定位節(jié)點的移動空間； 步驟3、基于錨節(jié)點通信距離和能源建立納什均衡定位組網(wǎng)模型:在待定位節(jié)點的移動空間內(nèi)，獲取待定位節(jié)點與錨節(jié)點的通信距離，按照通信距離就近原則，從待定位節(jié)點側(cè)選取實現(xiàn)其自身定位的備選錨節(jié)點，同時在錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表中獲取實施定位策略的備選錨節(jié)點所需能源； 步驟4、實現(xiàn)擇優(yōu)的定位組網(wǎng)策略選取:在建立好的納什均衡定位組網(wǎng)模型上，由待定位節(jié)點給備選錨節(jié)點發(fā)送賦值信號確定備選錨節(jié)點的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的步驟I中依據(jù)事先測量出來的變電站三維場景，實現(xiàn)具有三維定位坐標(biāo)系功能的錨節(jié)點場景布置，在通信半徑內(nèi)，建立錨節(jié)點的空間定位規(guī)劃映射表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的空間定位規(guī)劃映射表以錨節(jié)點唯一標(biāo)識ID為索引，分別建立相互實現(xiàn)定位功能的錨節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系，并在空間定位規(guī)劃映射表中記錄錨節(jié)點空間位置PU，y，z)和自身的能源當(dāng)前值E。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的步驟2中根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表中的約束關(guān)系，以通信半徑為!^繪制球體包絡(luò)，通過不同錨節(jié)點通信包絡(luò)的疊加，獲得相互重疊的區(qū)域，該重疊區(qū)域為待定位節(jié)點的移動空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的約束關(guān)系具體指錨節(jié)點的自身能耗受定位空間位置制約的關(guān)系，以及整體定位效果受空間待定位距離和錨節(jié)點自身現(xiàn)有能源雙重約束的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的步驟3中建立納什均衡定位組網(wǎng)模型，待定位節(jié)點與錨節(jié)點的定位合作集合為G ={U，N;S1，S2 ;pl，p2}； 所述的定位合作集合模型參數(shù)說明如下:合作對象分為待定位節(jié)點U和錨節(jié)點N ;定位策略分為參與定位SI和不參與定位S2 ；pl和p2分別表示合作對象是否參與定位的量化分析函數(shù)P:當(dāng)備選錨節(jié)點能耗滿足要求的情況下，通信距離最遠(yuǎn)的備選錨節(jié)點設(shè)置P = O ;當(dāng)備選錨節(jié)點的與待定位節(jié)點的通信距離差值的絕對值與通信距離均值的比值< 20%的情況下，備選銷節(jié)點中自身能源較低的設(shè)置P = O ;其他情況下，P = I; P = O表示不參與定位合作，P = I表示參與定位合作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，其特征在于:所述的步驟4在建立好的納什均衡定位組網(wǎng)模型上，由待定位節(jié)點給備選錨節(jié)點發(fā)送P值:當(dāng)P = O時，備選錨節(jié)點N被置為閑時監(jiān)聽狀態(tài)，并進(jìn)入下一輪次的定位工作；當(dāng)P = 1，備選錨節(jié)點N被置為定位組網(wǎng)狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納什均衡的錨節(jié)點節(jié)能式定位組網(wǎng)方法，包括如下步驟：步驟1、建立錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表；步驟2、根據(jù)錨節(jié)點空間定位規(guī)劃映射表，實現(xiàn)錨節(jié)點組網(wǎng)并劃分通信包絡(luò)和彼此重疊區(qū)域，確定待定位節(jié)點的移動空間；步驟3、基于錨節(jié)點通信距離和能源建立納什均衡定位組網(wǎng)模型；步驟4、實現(xiàn)擇優(yōu)的定位組網(wǎng)策略選?。涸诮⒑玫募{什均衡定位組網(wǎng)模型上，由待定位節(jié)點給備選錨節(jié)點發(fā)送賦值信號確定備選錨節(jié)點的工作狀態(tài)。本發(fā)明方法實現(xiàn)了同時兼顧定位距離和能耗的雙方面因素，在錨節(jié)點定位組網(wǎng)的過程中優(yōu)化了定位網(wǎng)絡(luò)，降低了整體無線定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗。
【IPC分類】H04W52-02, H04W84-18, H04W16-18
【公開號】CN104796910
【申請?zhí)枴緾N201510109097
【發(fā)明人】鄔捷龍, 李建民, 倪建立, 李慶宇, 高圣源, 王輝, 武凱, 蘇安勝
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司, 北京用尚科技有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月12日