[发明专利]一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法

说明书

本发明公开了一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，首先在满足无线传感器网络覆盖率和连通性约束的前提下，对改进二进制粒子群优化算法种群中的粒子位置和速度进行编码；再对每个粒子的适应度值进行评估，将每个初始粒子的当前位置设置为个体最优位置，将粒子种群中具有最大适应度值的粒子位置设置为全局最优位置；然后更新每个初始粒子的速度和二进制位置；执行变异操作；判断新生成粒子的覆盖率和连通性约束是否满足；当迭代次数达到预设的最大值时停止，将最终获得的全局最优位置作为节点调度方案。该节点调度方法可以满足覆盖率和连通性约束，同时优化了网络能耗和延长了网络生存时间。

技术领域

本发明涉及传感器网络技术领域，尤其涉及一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法。

背景技术

由于传感器节点的低成本和微型化，无线传感器网络可以在监测区域大规模冗余部署，冗余节点可以增加网络的生存时间和容错性，同时也会加剧网络的通信干扰，降低通信效率，提高网络的总能耗。基于传感器节点的冗余部署以及单个节点能量、计算和通信能力受限的特点，完成监测任务仅需无线传感器网络的一个子集，需要通过节点调度方法控制传感器网络节点的工作状态以降低能耗和优化系统性能，在每个监测周期中选择一个节点子集处于工作状态，剩余节点处于休眠状态以节省能量和资源。

通过节点调度对传感器节点的工作状态进行控制，以得到满足覆盖率和连通性约束，同时能够达到最优的能量使用和网络生存时间的工作节点集合，在覆盖率约束下的节点调度问题是NP完全问题，需要采用启发式方法求解最优的节点调度方案，但利用现有技术中的启发式方法，计算复杂性会随着问题规模的增加而指数增长，并且很容易陷入局部最小。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，该节点调度方法可以满足覆盖率和连通性约束，同时优化了网络能耗和延长了网络生存时间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，所述方法包括：

步骤1、在满足无线传感器网络的覆盖率和连通性约束的前提下，对改进二进制粒子群优化算法种群中的粒子位置和速度进行编码；

步骤2、再对粒子种群中每个初始粒子的适应度值进行评估，将每个初始粒子的当前位置设置为个体最优位置P_best,i，将粒子种群中具有最大适应度值的粒子位置设置为全局最优位置G_best；

步骤3、更新每个初始粒子的速度和二进制位置，生成新的粒子，新生成的粒子构成新种群；

步骤4、执行变异操作，并根据给定的变异率更新二进制位置的值；

步骤5、判断新生成粒子的覆盖率和连通性约束是否满足；若满足，则进一步评估新生成粒子的适应度值，并据此更新种群中的个体最优位置P_best,i和全局最优位置G_best；

步骤6、当粒子种群更新次数达到预设的最大值时，停止搜索并进行后续操作；否则，增加迭代次数并返回进行步骤3-5的操作；

步骤7、将最终获得的新种群的全局最优位置G_best作为无线传感器网络节点调度方案。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述节点调度方法可以满足覆盖率和连通性约束，同时优化了网络能耗和延长了网络生存时间，相比现有基于遗传算法和二进制粒子群优化算法的方法具有更好的优越性。

附图说明