[发明专利]基于整数规划的无线传感网节点可信覆盖部署优化方法

说明书

本发明公开了一种基于整数规划的无线传感网节点可信覆盖部署优化方法：(1)结合可信信息覆盖和整数线性规划制定空气污染传感器部署优化模型，包含以下子步骤：(1.1)通过给定的城市空气污染地图数据作为输入，将地图进行网格离散化得到一组待部署区域点集合P；(1.2)构建基于可信信息覆盖的空气污染传感器部署优化模型，使用步骤(1.1)中城市空气污染数据集，设计估计误差与插值，结合空气污染特定场景参数定义空气污染传感器覆盖约束与网络连通性约束，利用整数线性规划方法制定空气污染部署的部署优化模型；(2)利用变量线性松弛和二分搜索方法对两个整数线性规划分别进行优化求解。本发明部署成本低，效率高，通用性强。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，更具体地，涉及一种基于整数规划的无线传感网节点可信覆盖部署优化方法。

背景技术

伴随着环境污染的日益加重，城市对空气污染的监测需求逐渐提高。此外，空气污染正成为城市环境中人类健康的主要威胁，有效监测污染物排放是许多可持续发展努力的核心。无线传感网广泛应用于环境应用中，其目的是感知温度、湿度、空气污染等物理现象。在这种应用环境中，无线传感网的使用使我们能够了解该现象在监测区域内的变化，从而能够就该现象的影响做出适当的决策。部署优化是无线传感网设计中的一大挑战。问题在于如何确定传感器和接收器的最优位置，确保网络连通性与覆盖质量，同时优化目标函数，如部署成本。由于监测区域的特殊性和环境的影响，部署的传感器过少会导致监测不够精准，部署的传感器过多会造成节点的冗余。因此，如何去以最小的成本精准地部署空气污染传感器节点显得尤其重要。近年来，针对无线传感网的部署研究大多基于圆盘覆盖模型，没有探究传感器节点之间的空间相关性和信息协同作用，导致传感器节点产生冗余。空气污染传感器部署具有特殊的环境要求，如风速、温度等物理条件对传感器对于空气污染浓度监测有着较大影响，目前的传感器部署方法往往没有考虑多场景下的部署条件，在覆盖精度上存在一定的缺陷从而无法准确监测空气污染。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于整数规划的无线传感网节点可信覆盖部署优化方法，其目的在于结合可信信息覆盖，利用待部署区域中空气污染浓度的空间相关性和传感器节点之间的信息协同作用提高空气污染传感器的覆盖率，降低覆盖成本；通过基于变量线性松弛和二分搜素的启发式算法求解大规模场景下的整数线性规划模型，得到最优部署位置，由此解决无线传感网中空气污染传感器部署的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于整数规划的无线传感网节点可信覆盖部署优化方法，所述方法包括下述步骤：

(1)结合可信信息覆盖和整数线性规划制定空气污染传感器部署优化模型，包含以下子步骤：

(1.1)通过给定的城市空气污染地图数据作为输入，将地图进行网格离散化得到一组待部署区域点集合P，每一个离散点p∈P作为待部署区域点，将决策变量x_p和y_p来分别指定在点p部署传感器节点还是汇聚节点，并且只有一个传感器节点或汇聚节点可以部署在同一待部署点x_p+y_p≤1,p∈P；

(1.2)构建基于可信信息覆盖的空气污染传感器部署优化模型，使用步骤(1.1)中城市空气污染数据集，设计估计误差与插值，结合空气污染特定场景参数定义空气污染传感器覆盖约束与网络连通性约束，利用整数线性规划方法制定空气污染部署的部署优化模型；