[发明专利]无线传感器网络中节点自适应按需覆盖布设方法和装置

摘要

本发明公开了一种移动无线传感器网络中节点自适应按需覆盖布设的方法和装置，该方法首先对传感器网络中节点时空相关的移动过程进行建模，在建模的基础上利用节点自适应节能移动方向选择方法，节点自适应智能且节能的选择最佳移动方向，移动调度之后通过节点新覆盖方案产生方法不断产生新的节点布设方案，产生的布设新方案则作为最佳按需覆盖方案模拟退火搜索方法的输入进行全局最优化搜索，最终通过多次迭代后输出节点最佳覆盖方案，避免了网络节点之间无效的来回移动和节省了节点能量，延长了网络的整体寿命。

主权项

一种无线传感器网络中节点自适应按需覆盖布设方法，其特征在于，所述方法包括：第1步：对传感器节点进行初步布设；第2步：利用传感器节点自适应节能移动方向选择方法，使传感器节点产生移动方案；第3步：利用传感器节点新覆盖方案产生方法，获得新的节点覆盖方案；第4步：利用按需覆盖方案模拟退火搜索方法，对全局进行最优化搜索，判断是否符合覆盖满意度，若符合覆盖满意度，则输出传感器节点最佳覆盖方案，其中，第2步所述传感器节点自适应节能移动方向选择方法进一步包括，第2.1步：每个元胞单元中的每个元胞实体vi根据动作选择概率集合p选择所需要执行的移动动作αi，其中αi为元胞实体的有限待选动作集α＝{α1，α2，α3，α4，α5}中元素，分别对应于二维网络中节点左移、右移、上移、下移、静止5种元胞实体在元胞单元邻居之间相互移动的动作，p是与α一一对应的一组动态变化的动作选择概率集合，p＝{p1，p2，p3，p4，p5}，pi表示某一元胞单元内元胞实体选择动作αi的概率，元胞单元内的智能体通过强化信号按照概率向量重构函数f不断动态改变每个元胞内节点移动的概率；元胞实体集中的每个节点根据动作选择概率集p＝{p1，p2，p3，p4，p5}在动作集α＝{α1，α2，α3，α4，α5}中选择某一动作ak，满足下列公式，其中p0＝0，Σi=0k-1pi<rand(1)≤Σi=0kpi;]]>第2.2步：待元胞单元ci内所有实体动作选择完成以后，遍历找出选择α5即不移动的元胞实体集合Vs＝{v1，v2，v3，…，vs}，s∈m，m为元胞单元总数量；第2.3步：对元胞单元ci内所有实体按照能量ei值进行排序，将集合Vs中元胞实体的动作与能量最少的|Vs|个节点的动作进行交换，其中|Vs|为集合Vs的元素个数；第2.4步：待所有元胞单元内的实体执行完交换过程后，返回每个实体的新移动方向αi，进而得到完整的传感器节点移动方案，第3步所述传感器节点新覆盖方案产生方法进一步包括，第3.1步：每个元胞单元按照公式qi=ee-1×[1-exp(-viri)],0<vi<ri1,vi=ri=0exp(-vi-rivi)0<ri≤vi---(1)]]>计算当前所在元胞单元ci的状态qi，其中vi表示元胞单元ci内已存在的传感器节点数目，ri表示元胞单元ci内期望所需传感器节点数目；第3.2步：元胞单元中的每个元胞实体按第2步所述的传感器节点自适应节能移动方向选择方法中选择的移动方向αi执行移动操作；第3.3步：执行完移动操作之后，每个元胞单元按照上述公式(1)计算所在新元胞cj的状态qj；第3.4步：比较新的元胞状态qj和之前元胞状态qi的大小，如果qj＞qi，由元胞cj给元胞ci的反馈信号βi＝1表示奖励强化，如果qj≤qi，由元胞cj给元胞ci的反馈信号βi＝0表示惩罚强化；第3.5步：每个元胞单元按照移动元胞学习自动机MCLA中的概率向量重构函数f和接受到的反馈信号βi，并根据下述公式(2)‑(5)更新元胞实体的动作选择概率集p，其中f为概率向量重构函数，根据节点动作αi对移动之前和移动之后元胞状态的影响Δq以及反馈强化信号βi，定义为：当βi＝1时，对于动作αi采用奖励性的反馈，αi的下一时间步被选择的概率更新为：p′i(τ+1)＝pi(τ)+Δq[1‑pi(τ)]  (2)非αi的其他动作αj的下一时间步被选择的概率更新为：pj′(τ+1)=(1-Δq)pj(τ),∀j,j≠i---(3)]]>当βi＝0时，对于动作αi采用惩罚性的反馈，αi下一时间步被选择的概率更新为：p′i(τ+1)＝(1+Δq)pi(τ)  (4)非αi的其他动作αj的下一时间步被选择的概率更新为：pj′(τ+1)=pj(τ)-Δq[1-pj(τ)],∀j,j≠i---(5).]]>