[發明專利]水下無線傳感器網絡的水面多個匯聚結點部署方法

有效

• 申請號: 201810429330.0
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108650030B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張宇華;申慶祥;薛花;王育飛
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04W84/18;H04W24/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;徐穎

1.一種水下無線傳感器網絡的水面多個匯聚結點部署方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)根據水下無線傳感器網絡的節點間發送數據的能量消耗、接受數據的能量消耗和節點的初始能量，建立網絡的生命周期模型；

2)根據水下無線傳感器網絡的節點間數據傳輸的傳輸時延、傳播時延和路由等待時延，建立網絡的時延模型；

3)引入局部差分搜索算法和差分交叉以及變異算子對NSGA-II算法進行了改進，應用改進的NSGA-II算法與水下無線傳感器網絡的生命周期模型和時延模型，對水面多個匯聚結點進行部署優化；

在NSGA-II算法引入局部差分搜索算法：NSGA-II算法的同一層級的第i個個體和第i+1個個體進行局部差分搜索的條件為：

其中f_m(i)表示第i個個體的目標值；f_m(i+1)表示第i+1個個體的目標值；f_m(i-1)表示第i-1個個體的目標值；α表示局部差分搜索算法中的縮放因子；

進行局部差分搜索后產生的臨時子代為：

p′_i＝βp_i-1+(1-β)p_i

其中：p′_i表示父代個體p_i產生的臨時子代；β表示差分變異算法中的變異加權因子，β∈[0,1]；

改進的NSGA-II算法引入差分進化算法中的交叉和變異算子，替代NSGA-II算法中的SBX算子；

4)將步驟3)所得水面多個匯聚結點部署方案中匯聚結點的坐標值作為超效率數據包絡分析DEA方法的輸入，將對所有的匯聚結點部署方案中網絡總時延和網絡生命周期輪數作為超效率DEA方法的輸出目標，利用超效率DEA方法對所有方案進行相對效率排序，最后選擇相對效率值最高的部署方案，即為水下無線傳感器網絡的水面多個匯聚結點部署的最優方案。

2.根據權利要求1所述水下無線傳感器網絡的水面多個匯聚結點部署方法，其特征在于，所述步驟1)具體步驟如下：

令每個傳感器節點的初始能量相同且均為q₀，單位為J，忽略傳感器節點空閑狀態的能耗，僅考慮發送和接收數據時的節點能耗；ε_s表示傳感器節點v_i發送每個數據包所需要的功率，ε_r表示傳感器節點v_i接收每個數據包所需要的功率，則節點v_i分配到匯聚結點g_j時轉發長度為L，數據包消耗的能量為：

則節點v_i的生命周期為被分配到最近的匯聚結點的傳感器節點v_i的生命周期為：

N為匯聚結點的總個數；

水下無線傳感器網絡的生命周期表示為：

n為水下無線傳感器的總個數；

網絡生命周期最大化的目標函數為：

3.根據權利要求1所述水下無線傳感器網絡的水面多個匯聚結點部署方法，其特征在于，所述步驟2)建立網絡的時延模型如下：

數據在邊e上傳輸的時延為：

其中：t_p(e)表示水下傳感器節點間數據傳輸的傳輸時延；t_e(e)表示水下傳感器節點間數據傳輸的傳播時延；t_m(e)表示水下傳感器節點間數據傳輸的路由等待時延；l(e)表示水下傳感器節點間數據傳輸鏈路距離總長度；m_p表示水下傳感器節點間的信號傳播速度；L_e表示數據包的總長度，包括傳感器節點自身采集的數據和需要轉發的數據，單位為bits；B_e表示傳感器節點傳輸信道容量，單位為bits/s；r表示傳感器節點間通信鏈路連接度；t_m表示傳感器節點間通信鏈路排隊時延；

水下無線傳感器網絡的總時延最小的目標函數為：

其中：E_r表示所有水下無線傳感器網絡節點到所屬的水面匯聚結點的路由生成樹中所有的邊。