[發明專利]基于多重覆蓋的異構無線傳感器網絡節點調度方法

有效

• 申請號: 201210519268.7
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN102984731A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李明
• 申請（專利權）人: 重慶工商大學
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04W72/12;H04W84/18
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

1.一種基于多重覆蓋的異構無線傳感器網絡節點調度方法，其特征在于按照以下步驟進行：

步驟1，網絡初始化，包括：

步驟1-1：在二維監測區域內，按照有邊界的帕累托分布布置Q個監測目標，同時隨機部署n個傳感器節點，將傳感器節點記為s_i(i＝1,2,...,n)，利用M位二進制編碼表示一個傳感器節點在監測時間內各個時間片的工作狀態，采用D位二進制編碼t₁,t₂...t_D作為一個染色體表示n個傳感器節點在監測時間內各個時間片的工作狀態，即D＝n*M，由w個染色體組成一個種群，并記為P{P₁(g)，...，P_w(g)，0≤g≤G，其中g表示當前種群的迭代次數，G表示種群的最大迭代次數，M即為監測時間內的時間片個數；

如果t_d＝1,(1≤d≤D且d＝(i*1)*M+k,1≤k≤M)，則表示第i個傳感器節點的第k個時間片處于工作狀態；

如果t_d＝0,(1≤d≤D且d＝(i-1)*M+k,1≤k≤M)，則表示第i個傳感器節點的第k個時間片處于休眠狀態；

步驟1-2：按照公式（1）生成初始輔助種群P′{P′₁(0),...,P_w′(0)}；

P′_m,d(0)＝-5+10×rand，????????????????????????????????????（1）

其中，P′_m,d(0)表示初始種群中第m個染色體的第d位二進制編碼的輔助計算值，m＝1,2,…,w;d＝1,2,…,D,rand表示（0,1）之間的隨機數；

步驟1-3：按照公式（2）對初始種群進行初始化；

其中，sig(x)＝1/(1+e^-x)，P_m,d(0)表示初始種群中第m個染色體的第d位二進制編碼值；

步驟2，解評價，包括：

步驟2-1：按照公式（3）計算網絡覆蓋率Coverage；

Coverage=NCNAll---(3)]]>

其中，N_C表示有效覆蓋的柵格數目，N_All表示二維監測區域的柵格總數，滿足有效覆蓋的標準為min{c_x,y(o_q)}≥c_th,(q＝1,2…Q)，c_x，y(o_q)按照公式（4）計算，用于表示監測目標o_q被n個異構傳感器節點協同監測到的概率，c_th表示監測區域中每個目標節點o_q,(q＝1,2,...,Q)的監測閾值；

cx,y(oq)=1-Πi=1n(1-cx,y(si,oq))---(4)]]>

式中c_x，y(s_i,o_q)按照公式（5）計算；

Cx,y(si,oq)=1ifd(si,oq)≤rs(si)-re(si)eλifrs(si)-re(si)<d(si,oq)<rs(si)+re(si)0ifrs(si)+re(si)≤d(si,oq)---(5)]]>

其中，系數α₁,α₂,λ₁,λ₂,β₁,β₂均為每個傳感器節點的預設參數，d(s_i,o_q)表示第i個傳感器節點與目標節點o_q之間的歐式距離，r_s(s_i)表示傳感器節點s_i的感知半徑；r_e(s_i)表示是傳感器節點s_i的測量誤差半徑；

步驟2-2：統計計算活動節點數ActiveSensor；

染色體P_m(g)(m＝1,2，...，w的活動節點數即為該染色體的二進制編碼t₁,t₂...t_D中“1”的個數；

步驟2-3：按照步驟2-1和步驟2-2的方法，分別計算第g次迭代后w個染色體P_m(g)(m＝1,2,...,w)的網絡覆蓋率Coverage和活動節點數ActiveSensor，依次記為：C_m(g)(m＝1,2,...,w)和A_m(g)(m＝1,2,...,w)；

步驟3：二進制差分進化運算，包括：

步驟3-1：設定交叉因子最大值CR_max，交叉因子最小值CR_min，設定當前迭代次數g，利用步驟2-3所得的C_m(g)(m＝1,2,...,w)、A_m(g)(m＝1,2,...,w)以及maximin算法分別計算第g次迭代后搜索種群P{P₁(g),...P_w(g)}中每個染色體的適應度，依次記為f₁,f₂,...,f_m,...,f_w，并求出所有個體中的最小適應度f_min和平均適應度f_aver；

步驟3-2：按照公式（6）計算本次迭代中第m個染色體的縮放因子F_m;

步驟3-3：按照公式（7）計算第g次迭代的自適應交叉因子CR_g；

CRg=a×e(b×g2)---(7)]]>

其中，b=1G2-1In(CRmaxCRmin),]]>a＝CR_min×e^-b；

步驟3*4：按照公式（8）求出變異個體v_m,d(g+1)；

v_m,d(g+1)＝P′_r1,d(g)+F_m(P′_r3,d(g)-P′_m,d(g))+F_m(P_r′_2,d(g)-P_r′_1,d(g))????????????????????（8）

其中，r1≠r2≠r3≠m,且1≤r1,r2,r3,m≤w；

步驟3-5，按照公式（9）計算第g+1次迭代后搜索種群中第m個染色體的第d位二進制編碼的輔助計算值；

步驟3-6，按照公式（10）計算第g+1次迭代后搜索種群中第m個染色體的第d位二進制編碼值；

步驟4：判斷循環是否結束；

如果下一次迭代次數g+1超過最大迭代次數G，則循環結束，進入步驟5；否則，返回步驟2繼續優化。

步驟5：選擇最優個體；

利用步驟2所述的方法對經過G次迭代后的搜索種群進行解評價，選擇網絡覆蓋率Coverage和活動節點數ActiveSensor最多的染色體作為最優個體，并根據最優個體中二進制編碼所示工作狀態控制各個傳感器節點工作。