[发明专利]一种基于非合作博弈的移动传感器覆盖增强方法

说明书

本发明公开了一种基于非合作博弈的移动传感器覆盖增强方法，首先定义传感器节点集和区域内所需覆盖的事件集，通过移动传感器节点在覆盖事件集的基础上扩大整个区域的覆盖度为优化目标；其次，建立节点间的非合作博弈模型，构造博弈效用函数，节点与其邻居节点进行非合作博弈，选择各自利益最大化的位置进行移动，当节点无法通过移动获得更高收益或能量耗尽时，退出博弈；最后，按照该非合作博弈模型进行节点部署。本发明对传感器节点进行抽象，综合定义节点的运动属性、通信条件和个体收益，采用非合作博弈理论，构造效用函数，最终达到纳什均衡，实现了移动传感器的覆盖增强，适用于在随即部署条件下，传感器的再移动达到事件点的有效覆盖。

技术领域

本发明公开了一种基于非合作博弈的移动传感器网络覆盖增强方法，属于无线传感器网络技术领域，特别适用于在动态拓扑变化情况下的移动传感器覆盖增强。

背景技术

传感器网络由于其成本低、自适应性等特点，已经广泛应用于生态环境监控等方面，通过传感器收集数据，改变了传统意义上的数据采集模式，突破了物理世界和信息世界间的鸿沟。特别是当监测环境未知难以采用自主可控的部署方式时，通过飞行器随机撒布传感器设备，并搭载移动平台使得传感器能够自主移动到合适的位置，采用移动节点而不是更多的传感器来增加覆盖率可以有效地增强网络覆盖效果。移动节点配备定位及导航装置可以在初始部署后进行移动，避免了若要完成覆盖、点检测等任务需要大量撒布传感器的情况，大大降低成本系统部署成本，所以有效地移动节点达到覆盖优化是这类问题的关键。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于非合作博弈的移动传感器网络覆盖增强方法，通过移动传感器节点增强对事件的覆盖效果的同时增大覆盖率，同时尽量减少节点的移动距离及均衡能量开销。

技术方案：一种基于非合作博弈的移动传感器覆盖增强方法，其特征在于，包括如下步骤：首先定义传感器节点集和区域内所需覆盖的事件集，通过移动传感器节点在覆盖事件集的基础上扩大整个区域的覆盖度为优化目标；其次，建立移动传感器节点间的非合作博弈模型，构造博弈效用函数，传感器节点与邻居节点进行非合作博弈，选择各自利益最大化的位置进行移动，当传感器节点无法通过移动获得更高收益或能量耗尽时，退出博弈；最后，按照非合作博弈模型进行节点部署。

进一步的，定义在区域Z内，存在m个事件监测点e，则事件集E＝{e₁,e₂,...,e_m}，e_i∈Z,i＝1,2,...,m，部署同构的移动传感器n个，记为S＝{s₁,s₂,...,s_n}，s_j∈Z,j＝1,2,...,n，移动传感器节点的感知半径为r_j，当前移动传感器节点的位置为P_j，移动传感器节点通信半径为r_c，r_c＝2r_j；

在监测区域内，对于移动传感器节点s_j对e_i的覆盖概率p(e_i,s_j)满足如下公式：

其中，d(e_i,s_j)表示移动传感器节点s_j与事件e_i的欧氏距离，r^s为移动传感器节点的自信圆半径，r^j为移动传感器的最大探测半径；λ为感知衰减因子；

当移动传感器节点之间的欧式距离小于传感器通信半径r_c时，那么他们互为对方的邻居节点，则移动传感器节点s_i的邻居节点集合表示为：

建立移动传感器节点间的非合作博弈模型包括如下步骤：