[發明專利]一種移動傳感器網絡區域覆蓋優化的方法

在審

• 申請號: 202011138337.0
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112291734A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 楊曉飛;宋大鵬;王俊;葉輝;劉偉;史逸倫;仇坤;朱迅楠
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W16/18;H04W16/22
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明提供了一種移動傳感器網絡覆蓋優化方法，包括：建立移動傳感器網絡覆蓋模型，將移動傳感器網絡檢測區域離散化為若干個像素點，定義被節點覆蓋的像素點個數占總像素點個數的比值為覆蓋率；以提高網絡覆蓋率為優化目的，計算初始移動節點的覆蓋率；利用發明提出的改進天牛須搜索算法(IBAS)將覆蓋率作為適應度函數進行更優搜索并更新天牛質心位置；通過改進步長以及隨機方向選擇，計算天牛左須和右須的適應度值；通過貪婪選擇計算并保留更優的天牛質心位置解；通過節點匹配算法完成無線傳感器網絡的覆蓋率優化。本發明通過對天牛須搜索算法進行改進，可使移動傳感器網絡的覆蓋效果更加均勻、覆蓋率達到更優。

技術領域

本發明涉及移動傳感器網絡和智能優化的技術領域，具體地說，是一種移動傳感器網絡區域覆蓋優化的方法。

背景技術

移動傳感器網絡(Mobile SensorNetwork，簡稱MSN)是由很多具有特定功能的傳感器節點通過自組織而形成的網絡系統，廣泛應用于國防監控，環境監測，智能家居以及醫療和交通等許多科學領域。隨著科學技術的發展和傳感器網絡的普及應用，移動傳感器網絡在生活中扮演著越來越重要的角色，特別是在海上監測、森林火災等自然災害方面，災情信息的及時獲取都給我們帶來巨大便利。

網絡覆蓋主要研究以網絡允許的部署方式，通過大量傳感器節點組網的形式對目標對象進行客觀感知和傳輸數據，具有網絡拓撲結構和覆蓋區域時變的特點。網絡覆蓋越充分，空間維度感知數據越豐富，但現實網絡總會存在網絡節點能量耗盡，自然破壞或者網絡部署時部分區域未覆蓋的現象，這樣就直接影響網絡的服務質量QoS(Qualityofservices)。為了滿足QoS需求，通常需要采用相應的技術對網絡節點的位置進行調整，即覆蓋優化。

在MSN覆蓋優化領域，傳統的方法往往是增加節點的部署密度，但冗余節點存在感知區域重疊導致網絡功耗增加，降低了網絡整體性能。針對移動傳感器網絡覆蓋優化問題，許多學者采用了一些智能算法來處理，如使用粒子群算法對對移動傳感器節點進行優化，雖然有效的提高了網絡覆蓋率，但算法的局部搜索能力較弱；將其改進的動態加速粒子群算法雖然一定程度上提高了局部搜索，但當節點較多時，仍然會存在局部盲區；人工蜂群算法提高了移動節點優化的均勻性，獲得了較高的覆蓋率，但求解過程比較復雜，收斂速度慢、節點能量損耗較快；混沌蟻群算法利用收縮因子提高了算法的搜索遍歷性，加快了算法的收斂速度，提高了整體網絡的穩定性，但易陷入局部最優，存在較多的邊界盲區，不能保證覆蓋的均勻性。

鑒于此，綜合考慮算法收斂性、區域覆蓋均勻性等問題上，提高移動傳感器網絡的覆蓋率成為本技術領域人員待解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種移動傳感器網絡區域覆蓋優化的方法，在綜合考慮算法收斂性、均勻性及優化覆蓋率等問題上，其主要目的在于提高移動傳感器網絡的覆蓋質量。

本發明采用的具體技術技術方案如下：

一種移動傳感器網絡區域覆蓋優化的方法，具體步驟如下：

步驟一、構建移動傳感器網絡模型，對連續的移動網絡監視區域進行離散化處理，并在該離散化的監視區域中隨機的分配N個移動傳感器節點S＝{s₁,s₂,s₃,…,s_N}，獲得各個移動傳感器節點的初始位置信息，傳感器節點s_i的坐標為(x_i,y_i)，監測區域中任意一節點t_j的坐標為(x_j,y_j)，i,j∈(1,2,…,N)；

步驟二、根據移動那個傳感器節點的感知半徑計算移動傳感器網絡的初始覆蓋率，節點s_i到節點t_j的歐氏距離為：