專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，屬于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量微型無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線(xiàn)、多跳、自組織網(wǎng)絡(luò)，其作用是協(xié)同地感知、處理監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的信息，并將感知數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療、物流、反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控、重點(diǎn)區(qū)域防護(hù)等諸多領(lǐng)域。供電問(wèn)題是目前制約無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循節(jié)能原則，以提高能量使用效率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。在保證網(wǎng)絡(luò)低能耗的前提下，同時(shí)要滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)物理世界的感知能力，即達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋的有效性。因此將低能耗和網(wǎng)絡(luò)覆蓋結(jié)合考慮將更加有效地提高網(wǎng)絡(luò)感知質(zhì)量，對(duì)促進(jìn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在大規(guī)模危險(xiǎn)環(huán)境的應(yīng)用中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都是隨機(jī)部署的。在傳感器隨機(jī)部署的情況下，為保證感知數(shù)據(jù)能順利傳遞，一般采用層次路由協(xié)議，即分簇路由協(xié)議。分簇路由協(xié)議最基本的問(wèn)題就是骨干節(jié)點(diǎn)的選擇及分布問(wèn)題。經(jīng)典的層次路由協(xié)議主要有LEACH協(xié)議、HEED協(xié)議、SEP協(xié)議、MARQ協(xié)議等等。LEACH協(xié)議采用分布式自舉成簇算法和骨干節(jié)點(diǎn)輪換機(jī)制，解決骨干節(jié)點(diǎn)能耗過(guò)分集中的問(wèn)題。但是依然存在一些問(wèn)題:骨干節(jié)點(diǎn)選舉的隨機(jī)性可能會(huì)導(dǎo)致骨干節(jié)點(diǎn)在同一區(qū)域過(guò)于密集或太靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣，骨干節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)很難達(dá)到最優(yōu)值，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力無(wú)法得到有效保證等等。HEED協(xié)議通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)剩余能量和簇內(nèi)通信能耗的評(píng)估迭代成簇。但是在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下難以充分利用能量異構(gòu)特點(diǎn)，且某變量的取值對(duì)收斂速度及簇分布的均衡性有直接影響。SEP協(xié)議是針對(duì)兩級(jí)能量異構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，采用能量因子加權(quán)的方法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)的骨干節(jié)點(diǎn)自舉門(mén)限進(jìn)行了優(yōu)化，使高級(jí)節(jié)點(diǎn)有更大的成為骨干節(jié)點(diǎn)的概率，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期。但缺點(diǎn)是該協(xié)議僅適用于兩級(jí)能量異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。MARQ協(xié)議則采用松散的耦合體系，引入了聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的概念，在發(fā)起查詢(xún)信息的源節(jié)點(diǎn)和提供信息的目的節(jié)點(diǎn)之間建立一條優(yōu)化路徑。雖然上述這些協(xié)議能一定程度上改善層次路由協(xié)議，但是這些協(xié)議都面臨一個(gè)相同的核心問(wèn)題，就是骨干節(jié)點(diǎn)選取的問(wèn)題。骨干節(jié)點(diǎn)選取的合理性直接影響到網(wǎng)絡(luò)能耗的均衡性和網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，進(jìn)而影響到網(wǎng)絡(luò)的生命周期和網(wǎng)絡(luò)感知質(zhì)量的可靠性，因此，這是一個(gè)急待解決的現(xiàn)實(shí)技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選舉算法中的網(wǎng)絡(luò)能耗以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面的不足之處，針對(duì)在保證網(wǎng)絡(luò)低能耗的前提下提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提出一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法。本發(fā)明的核心是在輪次簇低能耗的前提下結(jié)合節(jié)點(diǎn)覆蓋最優(yōu)模型獲得最優(yōu)骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)目以及鄰居節(jié)點(diǎn)選取原則，根據(jù)PSO改進(jìn)算法迭代運(yùn)算，獲得骨干節(jié)點(diǎn)最優(yōu)部署方案。本發(fā)明提出一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，包括以下步驟:I)基于保證輪次簇能耗及覆蓋能力的骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)目?jī)?yōu)化算法:11)普通節(jié)點(diǎn)的能耗來(lái)自于感知數(shù)據(jù)的發(fā)送能量，骨干節(jié)點(diǎn)的能耗主要來(lái)自于接收感知數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)融合處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)的能耗，因此普通節(jié)點(diǎn)的能耗為:Em =IEekc +lefsd；oCa，骨干節(jié)點(diǎn)的能耗為:
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提出一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，其特征在于，包括以下步驟: 1)基于保證輪次簇能耗及覆蓋能力的骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)目?jī)?yōu)化算法: 11)普通節(jié)點(diǎn)的能耗來(lái)自于感知數(shù)據(jù)的發(fā)送能量，骨干節(jié)點(diǎn)的能耗主要來(lái)自于接收感知數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)融合處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)的能耗，因此普通節(jié)點(diǎn)的能耗為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，其特征在于，所述步驟I)是在輪次簇低能耗的前提下結(jié)合節(jié)點(diǎn)覆蓋最優(yōu)模型獲得最優(yōu)骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)目以及鄰居節(jié)點(diǎn)選取原則，根據(jù)PSO改進(jìn)算法迭代運(yùn)算，獲得骨干節(jié)點(diǎn)最優(yōu)部署方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，其特征在于，所述步驟3)同時(shí)通過(guò)PSO動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的飛行方向以及飛行速度，逐步迭代獲取最優(yōu)覆蓋的骨干節(jié)點(diǎn)部署方案。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗覆蓋優(yōu)化算法，其在保證輪次簇能耗最低的前提下，能夠獲取滿(mǎn)足覆蓋能力的骨干節(jié)點(diǎn)最優(yōu)值，同時(shí)通過(guò)PSO動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的飛行方向以及飛行速度，逐步迭代獲取最優(yōu)覆蓋的骨干節(jié)點(diǎn)部署方案，既能有效地采集感知區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，又能夠充分管理傳感器網(wǎng)絡(luò)資源，有效地解決了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的骨干節(jié)點(diǎn)分布不均、骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)目無(wú)法達(dá)到最優(yōu)、網(wǎng)絡(luò)能耗不均衡、網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力偏低等問(wèn)題，為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在保證低能耗的前提下合理有效部署骨干節(jié)點(diǎn)以達(dá)到較高的網(wǎng)絡(luò)覆蓋均勻性和網(wǎng)絡(luò)覆蓋率提供技術(shù)支撐，為在網(wǎng)絡(luò)低能耗的前提下提高網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域覆蓋能力提供了一種全新的解決方案。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103118373SQ20131005857
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者何遵文, 陳存香, 劉陽(yáng), 匡鏡明 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)