[发明专利]水下无线传感器网络的水面多个汇聚结点部署方法

权利要求书

1.一种水下无线传感器网络的水面多个汇聚结点部署方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)根据水下无线传感器网络的节点间发送数据的能量消耗、接受数据的能量消耗和节点的初始能量，建立网络的生命周期模型；

2)根据水下无线传感器网络的节点间数据传输的传输时延、传播时延和路由等待时延，建立网络的时延模型；

3)引入局部差分搜索算法和差分交叉以及变异算子对NSGA-II算法进行了改进，应用改进的NSGA-II算法与水下无线传感器网络的生命周期模型和时延模型，对水面多个汇聚结点进行部署优化；

在NSGA-II算法引入局部差分搜索算法：NSGA-II算法的同一层级的第i个个体和第i+1个个体进行局部差分搜索的条件为：

其中f_m(i)表示第i个个体的目标值；f_m(i+1)表示第i+1个个体的目标值；f_m(i-1)表示第i-1个个体的目标值；α表示局部差分搜索算法中的缩放因子；

进行局部差分搜索后产生的临时子代为：

p′_i＝βp_i-1+(1-β)p_i

其中：p′_i表示父代个体p_i产生的临时子代；β表示差分变异算法中的变异加权因子，β∈[0,1]；

改进的NSGA-II算法引入差分进化算法中的交叉和变异算子，替代NSGA-II算法中的SBX算子；

4)将步骤3)所得水面多个汇聚结点部署方案中汇聚结点的坐标值作为超效率数据包络分析DEA方法的输入，将对所有的汇聚结点部署方案中网络总时延和网络生命周期轮数作为超效率DEA方法的输出目标，利用超效率DEA方法对所有方案进行相对效率排序，最后选择相对效率值最高的部署方案，即为水下无线传感器网络的水面多个汇聚结点部署的最优方案。

2.根据权利要求1所述水下无线传感器网络的水面多个汇聚结点部署方法，其特征在于，所述步骤1)具体步骤如下：

令每个传感器节点的初始能量相同且均为q₀，单位为J，忽略传感器节点空闲状态的能耗，仅考虑发送和接收数据时的节点能耗；ε_s表示传感器节点v_i发送每个数据包所需要的功率，ε_r表示传感器节点v_i接收每个数据包所需要的功率，则节点v_i分配到汇聚结点g_j时转发长度为L，数据包消耗的能量为：

则节点v_i的生命周期为被分配到最近的汇聚结点的传感器节点v_i的生命周期为：

N为汇聚结点的总个数；

水下无线传感器网络的生命周期表示为：

n为水下无线传感器的总个数；

网络生命周期最大化的目标函数为：

3.根据权利要求1所述水下无线传感器网络的水面多个汇聚结点部署方法，其特征在于，所述步骤2)建立网络的时延模型如下：

数据在边e上传输的时延为：

其中：t_p(e)表示水下传感器节点间数据传输的传输时延；t_e(e)表示水下传感器节点间数据传输的传播时延；t_m(e)表示水下传感器节点间数据传输的路由等待时延；l(e)表示水下传感器节点间数据传输链路距离总长度；m_p表示水下传感器节点间的信号传播速度；L_e表示数据包的总长度，包括传感器节点自身采集的数据和需要转发的数据，单位为bits；B_e表示传感器节点传输信道容量，单位为bits/s；r表示传感器节点间通信链路连接度；t_m表示传感器节点间通信链路排队时延；

水下无线传感器网络的总时延最小的目标函数为：

其中：E_r表示所有水下无线传感器网络节点到所属的水面汇聚结点的路由生成树中所有的边。