[發(fā)明專(zhuān)利]基于遺傳算法的高能效傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610085397.8
• 申請(qǐng)日: 2016-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105722235B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)评?/a>;馬永濤;劉開(kāi)華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W72/08
• 分類(lèi)號(hào): H04W72/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于遺傳算法的高能效傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法，用于協(xié)作頻譜感知中的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度，包括：對(duì)待感知頻段隨機(jī)選擇一個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器被選擇的概率正比于該傳感器對(duì)此頻段的頻譜感知的檢測(cè)概率，選擇完成后將選擇傳感器記錄到調(diào)度方案中；對(duì)所有頻段完成傳感器分配后，將當(dāng)前生成的調(diào)度方案復(fù)制到一個(gè)新的種群個(gè)體的染色體上；在種群中的個(gè)體數(shù)量是否達(dá)到要求后，利用遺傳算法選擇出種群中適應(yīng)度值最大的調(diào)度方案?jìng)€(gè)體，作為方法最終得到的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度方案。本發(fā)明可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間，提高協(xié)作頻譜感知的能效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNWireless SensorNetwork)的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度領(lǐng)域，特別是針對(duì)傳感器輔助認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)中的高能效傳感器調(diào)度問(wèn)題。

背景技術(shù)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種資源受限的網(wǎng)絡(luò)，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的電池供電的，網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間受到了電池電量的嚴(yán)重限制。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)需要高能效的節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。節(jié)點(diǎn)調(diào)度是在完成監(jiān)控任務(wù)的前提下，通過(guò)減少處于工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，達(dá)到節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期的一類(lèi)調(diào)度方法。該類(lèi)方法一般將節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)劃分為活動(dòng)和休息兩種。節(jié)點(diǎn)在活動(dòng)時(shí)，完成感知、通信和處理等任務(wù)；在休息時(shí)，會(huì)處于某種程度的休眠狀態(tài)。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于無(wú)線(xiàn)頻譜資源的需求也越來(lái)越迫切，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(Cognitive Radio,CR)，作為一種可以大幅提高頻譜利用率的技術(shù)，受到廣泛關(guān)注。頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中最為重要的部分之一。協(xié)作頻譜感知技術(shù)通過(guò)使用位于不同位置多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行頻譜感知，融合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果，大幅提高了頻譜感知的精度。區(qū)別于使用次級(jí)用戶(hù)終端進(jìn)行頻譜感知，傳感器輔助認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)使用專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)頻譜感知的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜感知。傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)認(rèn)知基站的分配的頻段進(jìn)行頻譜感知，完成頻譜感知后將結(jié)果上報(bào)給認(rèn)知基站。當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器數(shù)量很多時(shí)，可以將傳感器分成若干個(gè)子集，每個(gè)周期內(nèi)在可以達(dá)到感知精度要求的條件下，僅只使用一部分的傳感器進(jìn)行協(xié)作頻譜感知，讓剩余的傳感器工作于休眠模式，這樣的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法可以大幅度延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間，提高協(xié)作頻譜感知的能效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間，提高協(xié)作頻譜感知的能效的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于遺傳算法的高能效傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法，用于協(xié)作頻譜感知中的傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)度，包括下列步驟：

1)從未分配傳感器的待感知頻段中選擇一個(gè)頻段。

2)為此頻段隨機(jī)選擇一個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器被選擇的概率正比于該傳感器對(duì)此頻段的頻譜感知的檢測(cè)概率，選擇完成后將選擇傳感器記錄到調(diào)度方案中。

3)計(jì)算步驟2)中的頻段使用已選擇的傳感器計(jì)算協(xié)作頻譜感知后的檢測(cè)概率，如果協(xié)作頻譜感知后的檢測(cè)概率大于等于要求的檢測(cè)概率并且為該頻段選擇的傳感器數(shù)量大于傳感器數(shù)量的最小值，則表示完成此頻段的傳感器選擇；

4)如果所有頻段都已完成傳感器分配，則將當(dāng)前生成的調(diào)度方案復(fù)制到一個(gè)新的種群個(gè)體的染色體上，清空當(dāng)前調(diào)度方案，否則返回步驟1)；

5)查看種群中的個(gè)體數(shù)量是否達(dá)到要求，如果未達(dá)到要求，則返回步驟1)；

6)根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度。

7)每個(gè)個(gè)體根據(jù)適應(yīng)度值的大小隨機(jī)選擇另外一個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉操作。

8)每個(gè)個(gè)體根據(jù)變異概率進(jìn)行變異操作。

9)計(jì)算變異后操作后所有個(gè)體的適應(yīng)度。

10)將交叉前的種群和變異后的種群合并為一個(gè)大種群，按照適應(yīng)度的值從中概率性的選擇下一次迭代時(shí)的初始種群。

11)如果達(dá)到最大迭代次數(shù)，則停止迭代，否則執(zhí)行步驟5)。