[发明专利]基于加权度量转发和路径规划的移动机器人中继路由方案

摘要

本发明公布了一种基于加权度量转发和路径规划的移动机器人中继路由方案。主要解决移动无线传感网络应用中成功传输率低，实时性和链路稳定性差的问题。所述的方法包括：引入移动机器人节点作为中继，这些节点可以自主移动到适当的位置，优化网络性能；对构成的异构移动无线传感网络进行建模，包括网络模型、移动模型、能量模型等方面；设计加权公式并提出基于广播发现和加权度量转发的路由方案；对移动中继机器人划分两种状态并根据所处状态对机器人进行路径规划。本发明的方法，能够有效的提高数据的成功传输率，同时降低传输延迟，大大增强了网络中链路可靠性和实时性。

主权项

1.基于加权度量转发和路径规划的移动机器人中继路由方案，其特征在于，包括以下步骤：第一步，移动无线传感网络的模型构建，并构建节点的移动模型和能量消耗模型。网络中的节点包括普通传感器节点、移动中继机器人节点和移动基站。将移动无线传感网络拓扑表示为E＝{S,R,E,M,V}。其中S＝{1，2，，，n}代表n个普通传感器节点；R＝{1，2，，，k}代表k个中继机器人节点；E代表节点的剩余能量的集合；M＝{(x₁,y₁),(x₂,y₂)......(x_n,y_n)}代表节点移动速度向量的集合；V为任意两个节点之间通信链路的集合，它是一个n+k+1维的矩阵。根据真实的军事行动、灾害救援等场景为普通传感节点设置参考点组移动模型。网络中的节点以分组的形式出现，并跟随群组中心随机运动。位移公式：其中表示节点的位移矢量，表示群中心的位移矢量，表示节点参照群中心的相对位移矢量。第二步，基于周期性广播的网络信息更新。移动基站BS周期性地广播控制信息分组到一跳邻居，并在其中写入BS的位置信息。节点在接收到控制信息分组时，在控制分组中写入自身信息将其广播到下一跳邻居。在过程中节点将获得邻居节点的信息，通过这种方式，节点定期的更新BS的位置信息和邻居节点信息。第三步，节点邻居表构建和动态更新，在接收到控制信息分组时，节点更新接收器位置信息，同时获得控制信息包中邻居节点的信息，并将来源节点的信息插入到邻居表中，邻居表中信息包含节点的IP地址位置、到基站的距离、速度矢量、信号强度指示RSSI。第四步，基于加权的转发度量指标计算。根据邻居表中邻居节点的信息对转发的优先级指标进行计算。转发度量指标：OF＝λ₁f_d+λ₂f_m+λ₃f_r，其中λ₁+λ₂+λ₃＝1f_d是有效前向路由距离指标，f_m节点移动性的度量指标。f_r是与邻居节点之间链路的强度指标。第五步，基于移动中继机器人的路由策略，基站BS，中继机器人R，普通节点S具有不同的转发优先级。对于普通节点：BS＞R＞S 对于中继机器人：BS＞R＝S通过后向节点的排除，减少计算量。并根据转发度量指标对邻居表中节点排序，选出最佳转发节点。第六步，移动机器人的状态更新策略。移动中继机器人存在两种状态：工作态和自由态。状态集合：R_state＝(work,free)。在每个时间周期t开始时，根据群组中心与基站的距离d_BO，和最大通信范围R_max判断，不必要的工作态机器人切换为自由态。如果中继机器人为某一群体提供中继的节点数超过阈值N_T，则切换为工作态。第七步，移动机器人的路径规划。根据移动机器人的状态采取不同的路径规划方法。处于工作态的移动中继机器人采用群体跟随策略，移动到群体中心与移动基站的连线上。对于自由态的机器人实施均匀分割方案，首先根据移动基站的位置P_BS确定基站处在的位置状态。根据自由态机器人数量和移动基站的位置状态，分割待监测区域部署中继机器人。