[发明专利]一种水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法

权利要求书

1.水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在待监测区域随机布撒节点；

步骤二、令步骤一中的节点按以下原则休眠：将待监测区域以间隔均等的距离取点，再计算每个传感节点的覆盖冗余度，并休眠冗余度较高的节点；

步骤三、对步骤二休眠冗余节点后的网络进行分簇：以网络覆盖率和能耗标准差为目标函数，采用基于分解技术的多目标算法优化并获取一组非支配解，采用TOPSIS法从该组非支配解中选出一个较优解作为分簇方式，并计算分簇后网络工作到有节点死亡时的网络生命周期、网络覆盖率以及各节点的剩余能量；

分簇过程为：

步骤31、初始化基于分解技术多目标优化算法中的相关参数，设此时网络中的工作节点数目为D，在[0,1]区间内初始化一个种群规模为N维数为D的种群；

步骤32、确定网络覆盖率和能耗标准差两个目标函数；

能耗标准差σ_Q按公式获取；

其中：m表示簇头节点的个数，μ_Q表示簇头节点的能耗均值，且按公式获取，Q(j)表示第j个节点在每轮通信中的能耗；

网络覆盖率η按公式η＝Q/S获取；

其中：Q为所有至少被一个传感器节点覆盖的点集，S为监测区域离散后对应的点集；

步骤33、以网络覆盖率和能耗标准差为目标函数获取一组非支配解；

步骤34、根据TOPSIS法对步骤33的一组非支配解进行筛选排序，选出最优解作为网络分簇方式；

步骤35、计算有节点死亡时的网络生命周期、网络覆盖率以及各个节点的剩余能量；

网络节点中，其剩余能量除以其每轮消耗能量所得到的值最小的节点即为最先死亡的节点，其值即为当前网络生命周期，其中节点每轮消耗的能量由节点发送数据能耗、接收数据能耗以及融合数据能耗组成；

网络覆盖率可由当前存活节点获得；

各个节点剩余能量，可由节点能量减去网络生命周期乘以节点每轮消耗能量获得；

步骤四、若监测到某个节点死亡，唤醒该死亡节点周边的休眠节点，再按步骤二的休眠原则令被唤醒节点中的冗余节点休眠；

重复执行步骤二～四，直至节点无法连接到基站。

2.根据权利要求1所述水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法，其特征在于，步骤二令冗余节点休眠的过程为：

步骤21、将连续区域的覆盖问题转化为对离散点的覆盖问题，即对待监测区域，以(Δx、Δy、Δz)为间距取点，Δx、Δy、Δz表示对待监测区域建立坐标系后，两个相邻点在x轴、y轴和z轴上的间隔距离；

步骤22、根据节点的感知范围Rs计算当前网络节点对离散点集的覆盖率，记为max_coverage；

步骤23、依次计算待监测区域内每个节点被休眠后网络覆盖率的变化情况，若不发生变化说明该节点网络覆盖冗余度较大，则休眠该节点。

3.根据权利要求1所述水下无线传感器网络均衡能耗并保持覆盖的方法，其特征在于，步骤四中唤醒节点过程为：

步骤41、监测网络，若监测到某个节点死亡，则唤醒该死亡节点周边2Rs距离范围内的所有休眠节点；

步骤42、按步骤二的休眠原则令步骤41被唤醒节点中的冗余节点重新休眠。