[发明专利]一种无线传感器网络覆盖能耗平衡优化策略

说明书

技术领域

无线传感网络系统的能耗管理方法的技术领域，特别是移动节点的能耗管理技术。 

背景技术

在无线传感器网络中，覆盖与能耗是一组矛盾，即随着覆盖程度提高，能耗也随之增加，研究如何在满足区域覆盖要求的同时降低网络总能耗，即研究覆盖能耗平衡优化具有重要意义。 

通常采用的覆盖能耗平衡优化方法有：冗余部署节点，根据目标实时状况，使节点轮换“活跃”和“休眠”的节能覆盖方案，这以投入大量的冗余节点为代价；通过调整节点位置进行动态布局优化，如果节点位置调整后依然存在较多的感知重叠区域，仍然会产生不必要的能耗；对于随机部署的固定节点，通过调节节点的感知距离达到节能覆盖，但如果节点分布不均匀，将会降低节能覆盖效果。 

发明内容

无线传感器网络由大量部署在观测环境中的传感器节点组成，布局灵活、协同处理能力强，被广泛应用于目标跟踪、环境监测、工业控制等领域。网络对目标区域的覆盖程度以及网络能耗是衡量其性能的重要指标。通常情况下，网络覆盖与能耗是一组矛盾，即随着覆盖程度提高，能耗也随之增加，所以研究如何在满足区域覆盖要求的同时降低能耗，即研究覆盖能耗平衡优化具有重要意义。 

通常在无线传感器网络中，采用冗余部署节点，根据目标实时状况，使节点轮换“活跃”和“休眠”的节能覆盖方案；近年来，无线传感器网络动态布局优化得到广泛关注，该类方法根据监测环境，以提高网络区域覆盖率为优化目标，动态地实现无线传感器网络布局优化，降低网络能耗。随着感知距离可调的传感器节点的出现，基于节点感知距离调节的平衡覆盖能耗的方法也逐渐引起重视，该类方法主要是通过设定合理的节点感知距离，使得网络在满足覆盖要求的同时降低能耗。 

本发明针对节点感知距离可调的无线传感器网络，提出一种基于粒子群算法，实现覆盖、能耗平衡的动态网络布局优化策略。首先通过粒子群算法优化网络中节点的布局，减少感知重叠区和感知盲区，提高区域覆盖质量；然后在保证一定的区域覆盖质量的前提下，通过调整节点感知距离，进一步减少感知重叠区，降低网络能耗，延长网络寿命。 

附图说明

图1是仿真实验1结果的示意图 

图2是仿真实验2结果示意图 

图3是仿真实验3结果示意图 

图4是三种优化方法的仿真实验结果示意图 

具体实施方式

下面就本策略的具体实施过程及通过附图和具体仿真实验对本发明做进一步详尽的说明。 

步骤一：基于粒子群算法的无线传感器网络动态布局优化。 

过程如下： 

1)初始化无线传感器网络传感器节点位置，每个节点的感知半径r_{i(i＝1...，N)}＝r，r∈R，且为一个固定值，计算网络的初始覆盖率。 

2)设种群规模为m，生成各粒子的初始位置和速度，设置粒子的个体最优适应值和全局最优适应值均为网络的初始覆盖率。 

3)根据无线传感器网络覆盖性能评价方法计算各粒子适应值。 

4)将各粒子的当前适应值和个体最优适应值、全局最优适应值比较，并根据式(11)-(12)更新个体最优位置p_id、全局最优位置p_gd、当前速度v_id和当前位置x_id。 

5)如果达到停止条件(达到预设最大迭代次数MaxDT或者预设适应值)则停止，输出运行结果，否则返回步骤3)。 

步骤二：覆盖能耗平衡优化算法设计。 

在对无线传感器网络布动态局优化的基础上，进行覆盖能耗平衡优化。设传感器节点已根据网络布局优化完成位置迁移，每个节点感知半径的调整范围为0-r(r为网络动态布局优化中设置的一个固定值)，最大速度限额v_maxr＝0.1×r，当v_idr＞v_maxr，令v_idr＝v_maxr；当v_idr＜v_maxr时，则令v_idr＝-v_maxr。当粒子离开搜索空间时，假如x_idr＞r，设x_idr＝r，假如x_idr＜r，则设x_idr＝0。基于粒子群算法的无线传感器网络覆盖能耗平衡优化算法设计如下：