一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法

摘要

本发明公开了一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法，其技术方案是：无线传感器网络由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成。目标节点进入危险区域判定算法综合考虑了“边缘效应”的情况，改进了内点判断的规则，有效降低了Out-To-In的错误率；通过合理选择约束阈值，消除了In-To-Out错误；采用计数方式统计内外判定次数综合判定，实现了进一步降低误判总错误率的目的，对危险区域预警的无线传感器应用具有重要的应用价值。

主权项

一种侵入危险区域的无线传感器网络预警方法；所述的无线传感器网络(WSN)由目标节点、锚节点和邻居节点这三类传感器节点所组成；无线传感器网络(WSN)中需要定位的节点称为目标节点；位置已知并可协助目标节点定位的节点称为锚节点；在目标节点的一个通信半径内，并可直接通信的节点称为邻居节点；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在危险区域边界合理的部署锚节点，具体地即要求锚节点整体布局基本满足“凸多边形的轮廓”，以满足测试前提；步骤2：锚节点广播，使所有锚节点能更新得到可与其通信的所有参考锚节点；步骤3：选取目标节点P；步骤4：找出满足目标节点P测试条件的N个邻居节点；所述的邻居节点必须与目标节点P具有一组相同参考锚节点；如果存在这样的邻居节点，那么就可以模拟目标节点P的“移动”，进行算法测试；步骤5：目标节点收集参考锚节点的信息，所述的信息包括标识号、接收到的信号强度，与邻居节点交换各自接收到的参考锚节点的信息，为测试判定提供计算条件；步骤6：设定标识变量IsOut，并判断，邻居节点数量NeighbeiCount≥1&&参考锚节点数量RefCounf≥3？若是，顺序执行下述步骤7；若否，则该目标节点P为不可定位节点，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE，本流程结束；步骤7：依次取出N个邻居节点，进行PIT测试；初始化目标节点P在区域内的次数CountIn＝0，初始化目标节点P在区域外的次数CountOut＝0，并执行第一阶段测试；步骤7.1：目标节点P与邻居节点交换信息，并进行PIT测试，假如存在一个方向，沿着这个方向目标节点P会同时远离或接近三个锚节点A、B、C，则P位于△ABC外；否则，P位于△ABC内；步骤7.2：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，那么继续用规则①测试；如果仍满足规则①中判定在△ABC内的条件，那么就判定在△ABC内；若不满足规则①判定在△ABC内的条件，则再用规则②测试，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外，否则就改判在△ABC内；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，那么继续用规则测试；如果仍满足规则②中判定在△ABC外的条件，那么就判定在△ABC外；若不满足规则②判定在△ABC外的条件，则再用规则①测试，若测试结果满足在△ABC内，那么就判在△ABC内，若测试结果满足在△ABC外，那么就判在△ABC外；步骤7.3：如果目标节点P满足在△ABC内的条件，则CountIn＝CountIn+1；如果目标节点P满足在△ABC外的条件，则CountOut＝CountOut+1；步骤7.4：取出下一邻居节点，并回转执行所述的步骤7.1，直至所有邻居节点取完；步骤8：执行第二阶段测试；步骤8.1：判断CountIn是否大于CountOut？若是，则该目标节点P为内部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝FALSE；若否，则该目标节点P为外部节点，标识变量IsOut赋值为IsOut＝TURE；步骤8.2：判断IsOut是否为TURE？若是，则判定目标节点P在△ABC区域外；若否，则判定目标节点P在△ABC区域内；步骤8.3：本流程结束；其中：规则①为：余弦值判定规则；如果一点位于三角形内部，那么它具有以下特性：该点与三顶点的距离之和小于三边之和；该点与三顶点组成的夹角中钝角数不少于2个；假设三个锚节点A、B、C之间的距离分别为d_AB、d_BC、d_AC；目标节点P到各锚节点的距离为d_AP、d_BP、d_CP；运用余弦定理可以求出目标节点P与三个锚节点之间夹角的余弦值：$\left\{\begin{array}{c}\cos \angle \mathrm{APB}=\frac{d_{\mathrm{AP}}^2+d_{\mathrm{BP}}^2-d_{\mathrm{AB}}^2}{{2d}_{\mathrm{AP}}\times d_{\mathrm{BP}}}\\ \cos \angle \mathrm{APC}=\frac{d_{\mathrm{AP}}^2+d_{\mathrm{CP}}^2-d_{\mathrm{AC}}^2}{{2d}_{\mathrm{AP}}\times d_{\mathrm{CP}}}\\ \cos \angle \mathrm{BPC}=\frac{d_{\mathrm{BP}}^2+d_{\mathrm{CP}}^2-d_{\mathrm{BC}}^2}{{2d}_{\mathrm{BP}}\times d_{\mathrm{CP}}}\end{array}\right.---\left(1\right);$当目标节点P与三个锚节点的三个夹角中至少有2个钝角时，那么判定P在△ABC内部；否则，判定P在△ABC外部；规则②为：边缘效应规则；当目标节点P由外向内靠近△ABC的边线时，也容易出现2个钝角，在出现2个钝角时，引入约束阈值K，如果有PA+PB‑AB<K，即目标节点P到两锚节点A、B的距离之和与两锚节点A、B间距离的差小于阈值K，则改为判定P在△ABC外部；否则就仍判定P在△ABC内部。