[發明專利]一種基于改進模擬退火的無線傳感器網絡資源分配方法

有效

• 申請號: 201910322312.7
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110351679B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 唐美芹;譙洋
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W24/06
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 呂靜

本申請是一種基于改進模擬退火的無線傳感器網絡資源分配方法。考慮傳感器節點的能量有限和實時性的特點，在目標函數的感知程度矩陣中加入時間函數，利用加權因子保證用戶的公平性；并給出感知節點探測目標數目約束，減少節點感知偏差，進而構造資源分配最優化模型。針對模擬退火優化對整體解空間的存在認知不足的特點,將Logistic混沌搜索嵌入其中，結合模擬退火的快速尋優的能力，提出一種基于改進模擬退火的有效資源分配方法。與同類方法相比，在不同感知個數的條件下本文方法的目標檢測成功率更高，權值保證了用戶的公平性，有效降低了優化時間和網絡功率消耗，提高了系統整體性能。

技術領域

本發明涉及一種網絡資源分配方法，特別是一種基于改進模擬退火的無線傳 感器網絡資源分配方法，屬于通信技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN)將邏輯上的信息世界和客 觀上的物理世界融合在一起，正在改變著人類和自然的交互方式。作為一種新的 傳播模式推動了科技發展和社會進步，現已成為國際技術競爭的焦點之一，無論 在國防還是國民經濟的各個關鍵基礎領域都有著廣闊的應用【1-2】。WSN節點作 為獨立的計算和控制單元，能夠實現自身的數據管理,并與其它節點協同完成數 據高效傳輸，其網絡特性與網絡拓撲結構、節點自身特性、網絡資源屬性以及節 點感知數據的分析、處理和傳輸密切相關【3】。隨著無線傳感器網絡通信速率要 求的日益提高，節點受到的干擾以及鏈路之間的通信沖突也會隨之增強，造成網 絡容量下降，導致網絡節點由于數據重傳浪費能量，當前的無線傳感器的資源分 配模式難以滿足人們的需求。傳感器節點大多是由電池或能量有限的供電設備供 電，能量補充困難，因此通過有效方法對其進行資源優化，解決無線傳感器網絡 資源分配優化問題，減少通信時延及降低能量消耗顯得尤為重要。

文【4】將無線傳感器網絡中的能量收集傳感器節點設為可充電電池，利用 馬爾可夫決策方法將能量問題轉化為迭代最優化算法。文【5】利用馬爾科夫隨 機理論構建了節點調度模型，并最大化網絡生存時間。一種無線傳感器網絡生存 時間優化算法在文【6】中提出,作者建立了大規模線性規劃模型，并通過基于 列生成的精確方法求解，其所提算法為子優化算法。近年來，由于群體智能算法 高效的搜索能力，許多學者將遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法應用到無線 網絡資源優化問題當中。文【7】以鏈路的沖突和干擾為約束條件，構建了系統 的資源分配多目標優化模型，提出一種基于雙群體差分進化的聯合資源分配優化 算法。文【8】采用估計信令和目標信令之間的跟蹤誤差作為驅動機制來調節傳輸功率，提出了一種新的分布式功率控制技術。文【9】提出了一種新的基于頂 點著色的無線體區域網絡資源分配算法，通過將不同的資源分配給任意兩個相鄰 的網絡來實現的可靠性。針對感知任務來動態調整傳感器網絡節點的探測目標、 通信時隙等參數，對傳感器的資源分配方式進行整體優化，文【10】提出了一種 基于混沌并行遺傳算法的多目標無線傳感器網絡跨層資源分配方法，該方法運用 混沌序列和并行遺傳算法來動態調整傳感器網絡節點的探測目標及通信時隙等 參數。

無線傳感器網絡是資源受限型網絡，可用能量和探測范圍有限。如果節點上 感知任務目標的個數超過一定限度，會導致傳感器能量被過度消耗，從而降低節 點生存時間；實際無線傳感器網絡中傳感器節點非均勻部署分布，平均分配資源 可能導致較大誤差而使得未知節點的定位精度下降。文【10】并沒有考慮上述兩 方面問題，本專利給出傳感器節點至多能探測任務目標的個數約束；通過在節點 上設置加權系數保證系統的公平性；并將混沌遍歷結合到模擬退火初始狀態的搜 索中，提出基于改進模擬退火的有效資源分配方法。