[发明专利]水声传感器网络中一种生物友好的网关部署优化方法

摘要

本发明涉及水声传感器网络中一种生物友好的网关部署优化方法，包括干扰区域的确定；将网关布置问题看作图论问题进行分析解决；以网络平均端到端时延最小化为目标建立目标函数，并使其满足网关数量、流约束以及生物干扰约束等约束条件；其，建立最小化端到端时延MEED问题；计算目标函数；使每个节点符合端到端流量守恒；将在生物网关干扰区域的水面网关节点的状态变量置1，即不选其为可行解；通过贪婪过程，初始化后假设水面网关数目为1，然后用整形规划的方法搜索状态变量为0的水面网关得到候选位置中的最优解；状态变量更新；得到近优解，使得目标函数减小最多。

主权项

水声传感器网络中一种生物友好的网关部署优化方法，包括下列步骤：步骤一：干扰区域的确定；通过对待测水体区域海洋哺乳动物的长期观测，统计观测数据并通过聚集分布CA指数的计算确定海洋哺乳动物的聚集分布类型即在同一区域的不同地方其存在概率非均匀分布，根据海洋哺乳动物出现概率的不同对监测水域进行划分，划分出海洋哺乳动物聚集区域；根据水声信道模型计算出海洋哺乳动物的通信半径R1、干扰半径R2以及水面网关的通信半径R3、干扰半径R4，确定干扰半径为dinf＝max{R2+R3,R1+R4}；然后以确定的海洋哺乳动物聚集位置为圆心，以dinf为半径的圆形区域即为生物‑网关干扰区域；以确定的海洋哺乳动物聚集位置为圆心，以dinf为半径的圆形区域即为生物‑网关干扰区域；步骤二：将网关布置问题看作图论问题进行分析解决；以网络平均端到端时延最小化为目标建立目标函数，并使其满足网关数量、流约束以及生物干扰约束等约束条件；其中整个网络的总的数据包生成速率等于数据包到达水面虚拟汇聚点的到达率，即为在数据包传输时间内到达虚拟汇聚点的数据包的期望，建立最小化端到端时延MEED问题；步骤三：根据图中流量关系计算目标函数；网络中每个节点处的流量符合流量守恒条件：对于水下传感器节点，从一个节点流出的平均流量的总和与流入该节点的流量总和加上当前节点的数据生成速率的总和相等；步骤四：使每个节点符合端到端流量守恒：所有水下节点的总的数据生成速率等于由所有水面网关组成的虚拟汇聚点的总的数据吸收率；步骤五：将在生物网关干扰区域的水面网关节点的状态变量xt置1，即不选其为可行解；步骤六：通过贪婪过程，初始化后假设水面网关数目为1，然后用整形规划的方法搜索xt为0的水面网关得到候选位置中的最优解，并将最优解处的网关部署状态变量xt更新为1；步骤七：将网关数量增加1，再使用整形规划的方法从剩余的候选位置中搜寻第二个最优解，使得目标函数最小，将该位置的状态变量更新；步骤八：重复步骤六直到网关数目达到设定的最大值N，即得到一个近优解；步骤九：在该近优解的基础上，再次进行已选网关与未选水面候选位置的互换：对选出的水面网关与剩余的水面候选位置依次进行互换，使得目标函数减小最多。