[發明專利]基于粒子群算法的無線光纖傳感器網絡部署方法

有效

• 申請號: 201210059405.3
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102625324A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王廷云;朱姍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種基于粒子群算法的無線光纖傳感器網絡部署方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1）部署由光纖傳感器節點與管理節點組成的底層網絡；2）部署由管理節點與路由器節點組成的上層網絡；

所述部署由光纖傳感器節點與管理節點組成的底層網絡包括如下步驟：

a、根據特定監測環境構建底層網絡的網絡模型；根據Keenan-Motley模型構建節點通信模型；根據一階無線電模型建立底層網絡通信能耗模型；通過聯合優化通信能耗和網絡成本，建立底層網絡部署優化模型；

b、針對建立的底層網絡部署優化模型，使用基于離散二進制隨機粒子群多目標優化算法進行求解，求得一個非劣解集，根據實際應用情況，從中選取一個解，得到光纖傳感器節點和管理節點的部署情況；

所述部署由管理節點與路由器節點組成的上層網絡包括如下步驟：

i、根據底層網絡部署優化模型的求解結果，選出管理節點，構建上層網絡的網絡模型；構建上層網絡成本模型；構建上層網絡連通模型；以上層網絡連通為約束，通過優化上層網絡成本，建立上層網絡部署優化模型；

ii、針對建立的上層網絡部署優化模型，設計增大粒子間差異性的適應值函數，并使用基于模擬退火的粒子群算法進行求解，使在上層網絡連通的情況下，網絡成本最小。

2.根據權利要求1所述的基于粒子群算法的無線光纖傳感器網絡部署方法，其特征在于，所述步驟a更進一步包含如下步驟：

建立底層網絡網絡模型：假設區域A內分布著????????????????????????????????????????????????個熱點需要被監測，有兩種節點待部署，分別為：光纖傳感器節點、管理節點；光纖傳感器節點用于采集信息并發送至管理節點，管理節點用于信息采集和轉發來自光纖傳感器節點的傳感信息；在每個熱點上，僅需放置一個光纖傳感器節點或者一個管理節點，就可以采集對應熱點的信息；每個管理節點管理一個或多個光纖傳感器節點，每個光纖傳感器節點僅能由一個管理節點管理；

建立節點通信模型：根據Keenan-Motley模型，信號傳播距離d后的路徑損耗PL為：

其中，是參考距離，是傳播的路徑損耗，是路徑損耗系數，是發射節點與接收節點之間第i類障礙物衰減因子，是發射機與接收機之間第i類障礙物個數；

節點i向節點j方向所發射的信號的最大衰落半徑為：

其中，是最大路徑損耗值；

當節點i和節點j之間的距離時，節點i和節點j能相互通信，其中，，是節點的位置坐標；

建立底層網絡通信能耗模型：設光纖傳感器節點和管理節點的通信能耗模型為一階無線電模型，其中發射器、接收器的功耗為(nJ/bit)，發射放大器的功耗為(nJ/bit)，在一個傳感周期內，一個光纖傳感器向距離為()的管理節點發送的數據包的發送能耗為：

一個傳感周期內，一個管理節點的能耗為：

其中，為管理節點接收其管轄內個光纖傳感器發送的傳感信息數據包的能耗，為管理節點發送傳感信息數據包的能耗；

以最小化光纖傳感器通信能耗、最小化管理節點最大通信能耗和最小化網絡成本為目標建立底層網絡部署優化模型：

優化問題P1：

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約束：

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其中，是所有熱點的序號集合，為離熱點距離小于的備選放置管理節點的熱點集合，為放置于熱點i和熱點j的光纖傳感器節點與管理節點可相互通信的距離上限；

約束規定為0-1變量，當其為1時，表示位于熱點的光纖傳感器節點由位于熱點的管理節點管理，否則為0；為0-1變量，當其為1時，表示在熱點放置管理節點；

約束保證每個光纖傳感器節點只能由一個管理節點管理；

約束保證光纖傳感器節點只能和管理節點通信；

約束保證光纖傳感器節點和對應的管理節點能夠通信。