式（3)，（4)所示，公式 中，J1J2分别为移动Im的能耗、转到角度为π的能耗，α为有向节点的感知方向，<、< 分别表示到左点、右点的欧式距离； 有向移动节点距离目标位置越近，移动能耗越小；对于选择框内的节点集合SNi,我们 可以根据距离目标位置的远近选择节点，同时节点的感知方向也要调整到水平方向，即感 知角度α =0°或者α = 180° ;根据定义2,有向传感器节点移动到基准目标位置所消 耗的能量由移动消耗的能量和转动消耗的能量两部分组成；针对第i选择框内的节点集合 3队第j(j = 1，2, 3…）个节点，设其坐标为（X $ yj，两个基准位置的坐标从左到右位为 (Λ';;，.ν|;)，，如公式（1)，（2)所示；求出两种情况下移动距离为 <、<，所消耗的能 量<、％，如公式（3)，（4)，较小的值的位置保存在合中；
将Ei集合中最小的能量值所对应的有向移动传感器节点移动到目标位置，感知方向调 整为相应得水平方向，或者与X轴方向一致，或者与X轴的负方向一致； 如果节点选择框内没有节点，要对节点选择框进行扩展，为了保证基准位置圆心尽可 能处于正方形中心，上下左右都扩大〇. 5r，Li = >， <=2r; 步骤4竖直栅栏构建 如果当前子区域的左侧基准栅栏位置纵坐标为Cu，当前子区域的基准栅栏位置纵坐 标为7』，则这两个相邻IMDNSB之间的纵坐标差为C ;计算竖直栅栏所需要的传 感器节点数量P =「t' /rl，且在纵坐标上均匀分布； 从当前子区域的栅栏的左端点开始自上往下或者自下往上选择最佳的传感器节点，与 步骤2类似，仍然对基准位置采用节点选择框选取最优节点移动到目标位置，但是感知方 向不再是水平的，而是垂直的；竖直栅栏从下到上的第i (i = 1，2, 3···)个基准位置，由上下 两个点决定，其坐标分别为(X,UO，如公式（5)，（6)所示，其中匕 表示相邻栅栏的位置的较小值；针对第i选择框内的节点集合3队第j (j = 1，2, 3···)个节 点，其坐标为（Xij，yij)，，求出两种情况下移动距离为<、< (即欧式距离），所消耗的能 量巧、W，如公式（7)，⑶所示，较小的值的位置保存在合中；
将Ei集合中最小的能量值所对应的有向移动传感器节点移动到竖直目标位置，感知方 向调整为相应得水平方向，或者与Y轴方向一致，或者与Y轴的负方向一致； 步骤5感知角度大于60°时MDNSB的创建 当感知角度θ > π /3时，节点的最大感知半径R = 2r*sin( Θ /2)，有向基准栅栏MDNSB 的构建过程中，仍然使节点的最大感知半径与栅栏方向重合；当感知角度π < θ 时，节点的最大感知半径R = 2r，MDNSB的构建过程中，仍然保证节点的最大感知半径与栅 栏方向重合有向基准栅栏MDNSB ;这个时候，基准栅栏选取框的宽度仍然与节点选择框的 宽度一样； 节点选取框也发生了变化，由于两个基准位置处于一条垂直线上，因此只需节点选择 框长度等于最大感知距离，基准位置就处于选择框水平方向的中线上，最大感知距离如公 式（9)所示；
选择框宽度< 的选取思路与上文感知角度小于60°时有所不同；当感知角度 π/3〈 θ < π时，由于两个基准位置的圆心处于一条垂直线上，因此两个圆心之间的距 离为2r*C〇s( Θ /2)，最大距离为#，小于2r，而随着感知角度的增大，两个基准位置的 圆心之间的距离会越来越小直至等于0,如果为了满足基准位置的圆心处于正方形的中 心而使选择框的宽度等于2r* C〇s(0/2)，则会导致选择框不断缩小直至消失，因此在这 种情况下可以不考虑重叠区域而尽可能地使基准位置处于中心位置，即选择框宽度< 为 2r* (cos ( Θ/2)+sin(Θ/2))； 当感知角度π < θ <231时，由于基准位置圆心重合，因此选择框的长、宽一样，即 d=r; 这个时候当感知角度π/3〈 θ < π时，基准栅栏坨从左到右的第i (i = 1，2, 3···)个节 点基准位置，由上下两个点决定；从下到上的坐标为，（xt，乂），如公式（10)，（11) 所示；
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当感知角度π〈θ彡231时，只有一个目标位置，4=4=?+P2r-r， Vtl = Vll=Y^r-, 当3?/3〈θ彡π时，针对第i选择框内的节点集合5队第j(j = 1，2,3···)个节点，其 坐标仍为（Xij^ij),目标基准位置的选择均存在两个，从下到上分别为(4M)，?〇〈,)求出 两种情况下移动距离为<、<(即欧式距离），能量消耗如公式（7)，（8)所示； 当π〈θ 时，虽然只有一个目标位置，但是其感知方向是不一样的，也就是转动 的能耗不一样，其消耗的能量公式与π/3〈θ < π相同； 竖直栅栏的节点选择框的从下到上的第i (i = 1，2, 3···)个基准位置，针对第i选择框 内的节点集合3队第j(j = 1，2, 3…）个节点，设其坐标为（X $ Yij)，当π /3〈 Θ彡π时， 两个基准位置的坐标从左到右位为(4，>，丨），（4,.vt)，如公式（12)，（13)所示，(6,,表示相邻 栅栏的位置的较小值；求出两种情况下移动距离为4、<(即欧式距离），所消耗的能量 <、町如公式（6)，（7)所示；
当3τ〈 Θ彡231时，竖直栅栏的节点选择柩的从卜到上的第i(i = 1，2,3···)个基准位 置由(44)，（42)决定，这时候4 =4 =4，M =.v:. = C111 +0(2/-1)，但是感知方向不一 样，所消耗的能量t、町仍然可用公式（3)，（4)计算。
【专利摘要】一种基于选择框的有向K-栅栏构建方法，包括以下步骤：步骤1，选择MDNSB基准位置；步骤2，节点选择框的创建；步骤3有向节点运动能耗；步骤4，竖直栅栏构建；步骤5，感知角度大于60°时MDNSB的创建。本发明可以用最少节点的组建有向强栅栏(MDNSB)模型；把复杂的栅栏组建问题转换成节点目标位置的选定。基于有向节点选择框的有向强栅栏构建方法不需要全局信息，只需要目标位置周围的节点信息，就可以选择节点组建有向栅栏。首次采用最少的运动能耗作为节点的选择标准。有向移动节点的运动能耗包含移动到基准位置的能耗和感知方向转动到水平方向的转动能耗两部。
【IPC分类】H04W16-18, H04N7-18, H04W24-06, H04W52-02, H04W84-18
【公开号】CN104735682
【申请号】CN201510082103
【发明人】范兴刚, 王超, 任勇默, 杨静静
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月15日