[发明专利]面向综合能源的无线传感器轮值方法及系统

说明书

本发明提供一种面向综合能源的无线传感器轮值方法及系统，包括：通过由无线传感器的轮值轮数、剩余电量和与基站的距离组成的多目标适应度函数计算鲸鱼优化方法的鲸鱼种群中各个个体的适应度值，并将适应度值最大的个体所对应的轮值序列矩阵作为对应于无线传感器网络轮值模型的最优的传感器轮值序列矩阵；将无线传感器节点按照所述最优的传感器轮值序列矩阵开启或休眠。该方法用以解决现有技术中在无线传感器轮值的布置方案中未考虑网络安全性的缺陷，将无线传感器的轮值轮数、剩余电量和与基站的距离综合作为无线传感器轮值布置方案的考虑因素，使得网络安全性得到提高，保障了综合能源系统的正常运行。

技术领域

本发明涉及无线传感器轮值技术领域，尤其涉及一种面向综合能源的无线传感器轮值方法及系统。

背景技术

综合能源系统是指在一定区域内利用创新的管理模式，整合区域内电能、热能、天然气、水等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划。这一过程中集成了一系列先进的数据采集和控制技术，且采用了物联网所形成的全新的能源系统。综合能源物联网主要是指利用了无线传感器所特有的强自组织能力所组成的监测方便、易扩展的综合能源系统无线传感器网络。由于无线传感器采用电池进行供电，而电池的容量有限，因此如何使综合能源系统无线传感器网络在有限电量的前提下延长寿命，且提高其工作时的可靠性，已经成为相关研究人员热切关注的技术问题。

在传统的综合能源系统无线传感器网络工作过程中，主要是通过大量冗余布置的传感器同时开启以监测目标。由于无线传感器的能量来自于电池，而电池的电量受限于技术发展以及其体积，导致其拥有的能量非常有限，多数情况下，为了使综合能源系统能够保持正常工作，运营商必须定时更换耗尽能量的无线传感器节点。然而，频繁的更换无线传感器节点会消耗大量的人力物力，因此在综合能源系统中，传统的无线传感器网络工作方式已经不能完全满足运营商的需求。

基于以上原因，为了使能量有限的无线传感器网络拥有更长的寿命，可以采用传感器轮值技术，即在满足对所有被监测目标覆盖的条件下，将综合能源系统的无线传感器集合划分为不同的覆盖集，接着在保证每个覆盖集能够独立完成对综合能源系统的数据采集和状态监测任务后，每一轮只启动一个覆盖集，以此节省无线传感器的能量从而延长综合能源系统无线传感器网络的寿命。经过轮值操作后，有效延长了综合能源系统无线传感器网络的寿命，节省了综合能源系统运营商频繁更换传感器设备的成本消耗。

然而，当综合能源系统中传感器和被监测目标的数量较多，同时还需要考虑到传感器网络的安全性时，综合能源系统无线传感器轮值安排变得十分复杂。由于无线传感器轮值问题已经不是传统的单一优化目标问题，其涉及到多个优化目标，传统的确定性算法已经不再适用于求解最佳的传感器轮值序列。

现有的无线传感器网络轮值主要是利用遗传算法、模拟退火算法等启发式方法计算出一种合适的传感器轮值序列，例如，一种基于遗传算法的传感器覆盖和轮值工作方式，在这个方案中，遗传算法被用来得到覆盖率最高的传感器布置方案，之后通过终端控制综合能源系统中的传感器节点按照序列进入休眠或者工作状态。然而，基于遗传算法的传感器轮值算法容易陷入局部最优和早熟收敛，且在其方案中没有考虑到无线传感器网络的安全性。

发明内容

本发明提供一种面向综合能源的无线传感器轮值方法及系统，用以解决现有技术中在无线传感器轮值的布置方案中，未考虑网络安全性的缺陷，将无线传感器的轮值轮数、剩余电量和与基站的距离综合作为无线传感器轮值布置方案的考虑因素，使得网络安全性得到提高，保障了综合能源系统的正常运行。

本发明提供一种面向综合能源的无线传感器轮值方法，包括：

通过由无线传感器的轮值轮数、剩余电量和与基站的距离组成的多目标适应度函数计算鲸鱼优化方法的鲸鱼种群中各个个体的适应度值，并将适应度值最大的个体所对应的轮值序列矩阵作为对应于无线传感器网络轮值模型的最优的传感器轮值序列矩阵；

将无线传感器节点按照所述最优的传感器轮值序列矩阵开启或休眠；