[发明专利]基于博弈论的传感器网络自组织协同k覆盖方法

说明书

本发明涉及一种基于博弈论的传感器网络自组织协同k覆盖方法，包括以下步骤：a、以系统有效覆盖面积为指标，建立协同k覆盖全局优化数学模型；b、建立基于网络势博弈的分布式协同决策模型；c、各传感器节点确定当前位置、覆盖区域以及邻居集合，并初始化其行动与记忆向量；d、传感器节点利用邻域信息计算个体支付值、最佳应对、遗憾值与非劣行动集合，并将结果发送给邻居；e、个体利用混合应对规则选择受限最佳应对策略，并更新记忆向量；f、个体以相同概率随机选择记忆向量中的元素，并更新当前行动；g、跳转回所述步骤(d)，循环迭代直至系统稳定，输出分布式优化结果。本发明的方法可有效实现自主协同决策与群体智能涌现。

技术领域

本发明涉及一种基于博弈论的传感器网络自组织协同k覆盖方法。

背景技术

无线传感器网络泛指由多个具有感知、通信、计算与控制能力的传感器节点组成的分布式网络系统。随着人工智能技术与无线通信技术的发展，传感器网络系统已逐渐成为代替人类执行环境监测与侦查等任务的有效方式。在军事上，由地面、空中与空间机器人组成的无线传感器网络可配置给各级部队用于侦察和监视，为部队提供高清图像、实时战场信息、环境监测及战斗伤亡评估等信息。在民用领域，由于其自组织及无需人为干预的优良特性，可用于山区或更复杂环境的监测，尤其可在一些对人类有安全隐患的场所大显身手。

为获得尽可能详细的探测信息，通常做法是配置尽可能多的传感器节点以覆盖整个目标区域。然而，在某些极为恶劣的战场情况下，上述配置方案无法实现，只能将传感器节点在目标区域进行随机播撒。此外，能源供给方面的限制也决定了各传感器节点仅具有有限的寿命和使用时长。因此，如何有效平衡网络使用寿命与覆盖性能，成为了传感器网络配置的关键问题。为此，工程领域提出对目标区域进行冗余覆盖的解决方案,也被称作传感器网络k覆盖问题。该方案将传感器节点分为k组，每一时间内仅有一组传感器被激活，而其余节点则保持关闭从而节省能量，最终实现在保证整个网络最小使用时长的基础上提高总体有效覆盖面积的目的。

现有技术的k覆盖求解方法大多是在集中式控制框架下进行的，利用集中式节点和全局信息对决策过程进行优化与指导。然而，由于无线传感器网络中所有传感器节点仅可与有限的邻域个体进行交互，不存在可获取全局信息的中央节点。可见，现有技术中这类集中式通信结构不适用于无中心节点的分布式网络系统。因此如何仅利用有限的邻域通信与自主协调，实现系统有效覆盖面积的最大化，成为了无线传感器领域的重要研究问题。

总结来讲，现有技术中的有关多传感器k覆盖问题求解方法的方案，大多关注集中式结构下的近似解决算法，仅有少数分布式解决方案可实现去中心环境下的协同，但仍无法对系统全局性能进行精炼与提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于博弈论的传感器网络自组织协同k覆盖方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于博弈论的传感器网络自组织协同k覆盖方法，包括以下步骤：

a、以系统有效覆盖面积为指标，建立协同k覆盖全局优化数学模型；

b、建立基于网络势博弈的分布式协同决策模型；

c、各传感器节点确定当前位置、覆盖区域以及邻居集合，并初始化其行动与记忆向量；

d、传感器节点利用邻域信息计算个体支付值、最佳应对、遗憾值与非劣行动集合，并将结果发送给邻居；

e、个体利用混合应对规则选择受限最佳应对策略，并更新记忆向量；

f、个体以相同概率随机选择记忆向量中的元素，并更新当前行动；

g、跳转回所述步骤(d)，循环迭代直至系统稳定，输出分布式优化结果。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，随机散布在二维平面区域内的传感器节点集合为W＝{s_i}_i∈N；