[發明專利]一種基于虛擬力和螢火蟲算法的無線傳感網絡覆蓋優化方法

有效

• 申請號: 201610200522.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN107295541B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 王進;曹溢泉;季歡;李云;李斌
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種基于虛擬力和螢火蟲算法的無線傳感網絡覆蓋優化方法，首先，以無線傳感網絡中的傳感器節點的利用率和網絡有效覆蓋率作為優化目標，建立相應的數學模型；然后，根據傳感器節點之間的虛擬力合力進行傳感器節點的初始布局；最后，通過螢火蟲算法對傳感器節點進行自適應動態部署。本發明在延長無線傳感網絡壽命的同時有效提高了網絡覆蓋效率。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于虛擬力和螢火蟲算法的無線傳感網絡覆蓋優化方法。

背景技術

隨著信息技術的高速發展，掌握即時有效的信息對人們有著至關重要的作用。因而收集信息與數據的手段和技術得到了廣泛的開發與應用，很多新興的信息收集技術與策略也隨之誕生。無線傳感器網絡就是當前最為熱門的數據收集技術之一。無線傳感器網絡具有諸多優點，例如能量消耗低、易于分布在任何環境中、造價成本低廉、可以自組織地形成無線網絡等特點，使無線信息感知與采集變得空前的簡單與方便。因此，無線傳感器網絡在現實生活中得到了廣泛的應用，如在氣溫、壓力、定位等方面對周圍環境的檢測有著很高的應用前景，無線傳感器網絡中的數據收集也成為當下研究的熱門。

構建無線傳感器網絡過程中，合理地部署無線傳感器節點能夠提高無線傳感器監測網絡的有效覆蓋面積。而在大規模傳感器節點部署中，通過隨機拋撒等手段得到的傳感器節點部署的覆蓋效果具有不確定性。為了實現對無線傳感器節點部署的優化，近年來，有技術將智能優化算法引入到無線傳感器節點部署的優化之中，優化的目標是提高整體無線傳感器網絡對監測區域的有效覆蓋，延長無線傳感器網絡的監測時間。通常以提高覆蓋面積比例或覆蓋的網格比例(網格比例指將監測區域離散成網格形式)為目標進行部署優化，盡可能減少盲區和重復覆蓋面積。但這種技術存在傳感器節點冗余，導致網絡壽命短、覆蓋效率不高的缺點。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于虛擬力和螢火蟲算法的無線傳感網絡覆蓋優化方法，在延長無線傳感網絡壽命的同時有效提高了網絡覆蓋效率。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于虛擬力和螢火蟲算法的無線傳感網絡覆蓋優化方法，首先，以無線傳感網絡中的傳感器節點的利用率和網絡有效覆蓋率作為優化目標，建立相應的數學模型；然后，根據傳感器節點之間的虛擬力合力進行傳感器節點的初始布局；最后，通過螢火蟲算法對傳感器節點進行自適應動態部署。

進一步，所述數學模型包括傳感器節點感知概率模型、傳感器節點的區域覆蓋率和覆蓋優化問題中的適應度函數；

所述感知概率模型如下式所示；

其中，P(c_i,g)為第i個傳感器節點c_i對目標g的感知概率，為傳感器節點c_i與目標g之間的距離，r為傳感器節點c_i所能夠覆蓋范圍的半徑，r_e為傳感器節點c_i感知的不確定性誤差量度，且r_e≤r，α的值通常取λ和β分別是感知范圍為r-r_e和r+r_e時的感知質量衰減系數，σ為各種干擾，是一個服從正態分布的隨機數；

所述傳感器節點的區域覆蓋率R(C)如下式所示：