[發明專利]一種水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法

有效

• 申請號: 201711469946.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108055683B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 刁鵬飛
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

1.水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、在待監測區域隨機布撒節點；

步驟二、令步驟一中的節點按以下原則休眠：將待監測區域以間隔均等的距離取點，再計算每個傳感節點的覆蓋冗余度，并休眠冗余度較高的節點；

步驟三、對步驟二休眠冗余節點后的網絡進行分簇：以網絡覆蓋率和能耗標準差為目標函數，采用基于分解技術的多目標算法優化并獲取一組非支配解，采用TOPSIS法從該組非支配解中選出一個較優解作為分簇方式，并計算分簇后網絡工作到有節點死亡時的網絡生命周期、網絡覆蓋率以及各節點的剩余能量；

分簇過程為：

步驟31、初始化基于分解技術多目標優化算法中的相關參數，設此時網絡中的工作節點數目為D，在[0,1]區間內初始化一個種群規模為N維數為D的種群；

步驟32、確定網絡覆蓋率和能耗標準差兩個目標函數；

能耗標準差σ_Q按公式獲取；

其中：m表示簇頭節點的個數，μ_Q表示簇頭節點的能耗均值，且按公式獲取，Q(j)表示第j個節點在每輪通信中的能耗；

網絡覆蓋率η按公式η＝Q/S獲取；

其中：Q為所有至少被一個傳感器節點覆蓋的點集，S為監測區域離散后對應的點集；

步驟33、以網絡覆蓋率和能耗標準差為目標函數獲取一組非支配解；

步驟34、根據TOPSIS法對步驟33的一組非支配解進行篩選排序，選出最優解作為網絡分簇方式；

步驟35、計算有節點死亡時的網絡生命周期、網絡覆蓋率以及各個節點的剩余能量；

網絡節點中，其剩余能量除以其每輪消耗能量所得到的值最小的節點即為最先死亡的節點，其值即為當前網絡生命周期，其中節點每輪消耗的能量由節點發送數據能耗、接收數據能耗以及融合數據能耗組成；

網絡覆蓋率可由當前存活節點獲得；

各個節點剩余能量，可由節點能量減去網絡生命周期乘以節點每輪消耗能量獲得；

步驟四、若監測到某個節點死亡，喚醒該死亡節點周邊的休眠節點，再按步驟二的休眠原則令被喚醒節點中的冗余節點休眠；

重復執行步驟二～四，直至節點無法連接到基站。

2.根據權利要求1所述水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法，其特征在于，步驟二令冗余節點休眠的過程為：

步驟21、將連續區域的覆蓋問題轉化為對離散點的覆蓋問題，即對待監測區域，以(Δx、Δy、Δz)為間距取點，Δx、Δy、Δz表示對待監測區域建立坐標系后，兩個相鄰點在x軸、y軸和z軸上的間隔距離；

步驟22、根據節點的感知范圍Rs計算當前網絡節點對離散點集的覆蓋率，記為max_coverage；

步驟23、依次計算待監測區域內每個節點被休眠后網絡覆蓋率的變化情況，若不發生變化說明該節點網絡覆蓋冗余度較大，則休眠該節點。

3.根據權利要求1所述水下無線傳感器網絡均衡能耗并保持覆蓋的方法，其特征在于，步驟四中喚醒節點過程為：

步驟41、監測網絡，若監測到某個節點死亡，則喚醒該死亡節點周邊2Rs距離范圍內的所有休眠節點；

步驟42、按步驟二的休眠原則令步驟41被喚醒節點中的冗余節點重新休眠。