一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法的製作方法
2023-04-26 00:13:51
專利名稱：一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，屬於無線傳感器網絡技術領域。
背景技術：
無線傳感器網絡是由大量微型無線傳感器節點組成的無線、多跳、自組織網絡，其作用是協同地感知、處理監測區域內感知對象的信息，並將感知數據發送至匯聚節點，被廣泛應用於國防、工業、農業、環境、醫療、物流、反恐、危險區域遠程監控、重點區域防護等諸多領域。供電問題是目前制約無線傳感器網絡技術發展的一個主要瓶頸。其系統設計必須遵循節能原則，以提高能量使用效率，延長網絡的使用壽命。在保證網絡低能耗的前提下，同時要滿足網絡內節點對物理世界的感知能力，即達到網絡節點覆蓋的有效性。因此將低能耗和網絡覆蓋結合考慮將更加有效地提高網絡感知質量，對促進無線傳感器網絡的廣泛應用具有重要的現實意義。在大規模危險環境的應用中，無線傳感器網絡的節點都是隨機部署的。在傳感器隨機部署的情況下，為保證感知數據能順利傳遞，一般採用層次路由協議，即分簇路由協議。分簇路由協議最基本的問題就是骨幹節點的選擇及分布問題。經典的層次路由協議主要有LEACH協議、HEED協議、SEP協議、MARQ協議等等。LEACH協議採用分布式自舉成簇算法和骨幹節點輪換機制，解決骨幹節點能耗過分集中的問題。但是依然存在一些問題:骨幹節點選舉的隨機性可能會導致骨幹節點在同一區域過於密集或太靠近網絡邊緣，骨幹節點個數很難達到最優值，網絡覆蓋能力無法得到有效保證等等。HEED協議通過對節點剩餘能量和簇內通信能耗的評估迭代成簇。但是在異構網絡環境下難以充分利用能量異構特點，且某變量的取值對收斂速度及簇分布的均衡性有直接影響。SEP協議是針對兩級能量異構的傳感器網絡設計的，採用能量因子加權的方法，對網絡中兩類節點的骨幹節點自舉門限進行了優化，使高級節點有更大的成為骨幹節點的概率，延長了網絡的穩定期。但缺點是該協議僅適用於兩級能量異構的網絡。MARQ協議則採用鬆散的耦合體系，引入了聯絡節點的概念，在發起查詢信息的源節點和提供信息的目的節點之間建立一條優化路徑。雖然上述這些協議能一定程度上改善層次路由協議，但是這些協議都面臨一個相同的核心問題，就是骨幹節點選取的問題。骨幹節點選取的合理性直接影響到網絡能耗的均衡性和網絡覆蓋能力，進而影響到網絡的生命周期和網絡感知質量的可靠性，因此，這是一個急待解決的現實技術難題。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中無線傳感器網絡簇首選舉算法中的網絡能耗以及網絡覆蓋等方面的不足之處，針對在保證網絡低能耗的前提下提高網絡覆蓋能力的網絡應用，提出一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法。本發明的核心是在輪次簇低能耗的前提下結合節點覆蓋最優模型獲得最優骨幹節點數目以及鄰居節點選取原則，根據PSO改進算法迭代運算，獲得骨幹節點最優部署方案。本發明提出一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，包括以下步驟:I)基於保證輪次簇能耗及覆蓋能力的骨幹節點數目優化算法:11)普通節點的能耗來自於感知數據的發送能量，骨幹節點的能耗主要來自於接收感知數據、數據融合處理、數據轉發至匯聚節點的能耗，因此普通節點的能耗為:Em =IEekc +lefsd；oCa，骨幹節點的能耗為:
權利要求
1.本發明提出一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)基於保證輪次簇能耗及覆蓋能力的骨幹節點數目優化算法: 11)普通節點的能耗來自於感知數據的發送能量，骨幹節點的能耗主要來自於接收感知數據、數據融合處理、數據轉發至匯聚節點的能耗，因此普通節點的能耗為:
2.根據權利要求1所述的一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，其特徵在於，所述步驟I)是在輪次簇低能耗的前提下結合節點覆蓋最優模型獲得最優骨幹節點數目以及鄰居節點選取原則，根據PSO改進算法迭代運算，獲得骨幹節點最優部署方案。
3.根據權利要求1所述的一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，其特徵在於，所述步驟3)同時通過PSO動態調整節點的飛行方向以及飛行速度，逐步迭代獲取最優覆蓋的骨幹節點部署方案。
全文摘要
本發明公開了一種無線傳感器網絡低能耗覆蓋優化算法，其在保證輪次簇能耗最低的前提下，能夠獲取滿足覆蓋能力的骨幹節點最優值，同時通過PSO動態調整節點的飛行方向以及飛行速度，逐步迭代獲取最優覆蓋的骨幹節點部署方案，既能有效地採集感知區域的數據信息，又能夠充分管理傳感器網絡資源，有效地解決了無線傳感器網絡應用中的骨幹節點分布不均、骨幹節點數目無法達到最優、網絡能耗不均衡、網絡覆蓋能力偏低等問題，為無線傳感器網絡在保證低能耗的前提下合理有效部署骨幹節點以達到較高的網絡覆蓋均勻性和網絡覆蓋率提供技術支撐，為在網絡低能耗的前提下提高網絡的區域覆蓋能力提供了一種全新的解決方案。
文檔編號H04W52/02GK103118373SQ20131005857
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者何遵文, 陳存香, 劉陽, 匡鏡明 申請人:北京理工大學