[发明专利]基于Lagrange-Newton法的无线传感器网络分布式路由方法

权利要求书

1.一种基于Lagrange-Newton法的无线传感器网络分布式路由方法，所述无线传感器网络的系统模型用无向图                                                表示，其中是传感器节点的集合，包括个普通节点和1个Sink节点，所述普通节点和所述Sink节点统称为节点；是无线链路的集合，总共有条链路，对所述系统模型作如下定义：

：节点最大发送功率，如果节点与节点之间进行无线通信所需的发射功率小于，那么称节点流向节点的无线链路存在，且无线链路是双向存在的，简写成，特别地，所述Sink节点没有出链路；

②：节点的邻居节点集合，即与节点存在无线链路的节点集合；

③：节点到节点的无线链路所允许的最大信息流率，简写成；

：所述普通节点的初始电池能量，所述Sink节点的能量无穷大；

：所述普通节点的信息发生率是，；

网络寿命：网络中第一个节点能量耗尽失效的时间；

：节点通过无线链路发送单位信息给邻居节点所消耗的能量；

：节点接收来自无线链路的出节点的单位信息所消耗的能量；

其特征在于：所述无线传感器网络分布式路由方法包括以下步骤：

A无线传感器网络生存周期最大化路由建模成近似等价的等式约束凸优化问题：

式中，；是节点到节点的链路信息流率；称为目标函数；称为普通节点的死亡速率，称为松弛变量，表示普通节点只选择一个邻居普通节点用于的约束；称为障碍参数，当趋向于时，所述无线传感器网络生存周期最大化路由问题与所述等式约束凸优化问题完全等价；上式相应的矩阵形式是：

 

式中，,，其中：是单位矩阵；称为

所述普通节点的信息发生率向量；称为所述普通节点初始电池能量矩阵，是对角矩阵，且；称为节点-链路关联矩阵；称为无线通信能耗矩阵；称为所述普通节点死亡速率约束矩阵；所述矩阵的具体形式分别是：

，，；

B所述等式约束凸优化问题通过序贯无约束极小化技术方法求解，具体步骤如下：

S1-1初始化：在可行域的区间范围内，任意初始化变量，不一定是可行解；初始化所述障碍参数；同时初始化常数，常数； 

S1-2基于Lagrange-Newton法，以初始迭代点，计算给定时所述等式约束凸优化问题的最优解；

S1-3更新，即；

S1-4检验终止条件：如果，转到S1-5；否则，序贯无约束极小化技术方法结束，为所述等式约束凸优化问题的解，使所述网络生存周期最大化的所有链路的信息流率则为；

S1-5更新，即，转到S1-2。

2.根据权利要求1所述的基于Lagrange-Newton法的无线传感器网络分布式路由方法，其特征在于：所述步骤S1-2中所述等式约束凸优化问题的最优解是分布式的，即利用矩阵分裂技术，将所述Lagrange-Newton法的求解分布到网络中的各个节点中计算，各个节点在计算过程中只需和邻居节点交换信息，各节点按照以下步骤执行：

S1-2-1初始化：普通节点计算发送/接收单位比特信息需要消耗的能量，即和，；同时保存信息发生率和初始电池能量；然后根据所述步骤S1-1或所述步骤S1-3保存出链路信息流率，松弛变量，死亡速率；

S1-2-2普通节点计算所述目标函数在当前出链路信息流率，死亡速率，以及松弛变量处的一阶偏导数和二阶导数的倒数；

S1-2-3普通节点将，，以及所述步骤S1-2-2中的计算结果广播给邻居节点；

S1-2-4普通节点利用本地信息和邻居节点信息计算对偶牛顿增量；

S1-2-5普通节点利用下面的式子分别计算出链路信息流率初始值，松弛变量，死亡速率的牛顿方向：

  

S1-2-6普通节点首先计算和，然后将计算结果广播给邻居普通节点；

S1-2-7普通节点利用平均协调方法计算牛顿步长，所述步长的计算公式是：

；

S1-2-8普通节点根据下式更新所述出链路信息流率，所述松弛变量，以及所述死亡速率：

S1-2-9判断终止条件：如果，是常数且，结束；否则转到S1-2-2。