The invention provides a wireless sensor network topology control method based on multi-objective optimization, including providing wireless sensor networks and establishing clustering topology structure; calculating the network life cycle, network connectivity, network reliability, network delay and network coverage of wireless sensor networks respectively; taking the network life cycle, network connectivity and network reliability as optimization objectives. With the constraints of network delay and network coverage, a multi-objective optimization model is established; the function values of the multi-objective optimization model are calculated; the clustering topology is optimized and the above steps are repeated until the function values no longer increase. The wireless sensor network topology control method of the invention simultaneously establishes a multi-objective optimization model with the optimization objectives of network life cycle, network connectivity and network reliability, and solves an approximate optimal clustering topology structure based on the optimization model, thereby prolonging the network life cycle, improving network connectivity and enhancing network reliability.
【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法
本专利技术涉及无线传感器网络
,特别是涉及一种基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法。
技术介绍
随着接入无线通信网络的终端设备达到前所未有水平,这给基于无线通信网络系统的物联网应用带来巨大的机遇和挑战,并因此带来值得深入研究的基于多目标优化无线传感器网络应用。同时新一代的5G无线通信网络对无线传感器网络应用提出新的更为复杂的应用需求,这使得无线传感器网络的研究变得更为复杂。无线传感器网络的演化不仅需要在监测环境中获得近似最优的操作,而且需要满足网络进一步的扩展和增强的需求,特别是对于像火山监测等许多高危险的场景。在这类高危险的应用场景中,可用的网络资源是严格受限的,无线传感器网络不仅电池很难被充电或者替换,同时还有超可靠和低时延等不同的应用要求。其中,基于分簇拓扑结构的路由调度是增强高可靠低时延无线传感器网络性能的有效策略之一。在分簇拓扑结构的路由调度方法中,现有的经典的无线网络算法ULGAT(无监督拓扑控制算法)是一种依据节点的地理位置进行分簇,并对簇内的节点选择性地进行休眠的路由算法。该算法在节点密集型分布的网络中使部分节点处于休眠状态,节省了网络总能耗。然而,该算法并未综合考虑同时满足无线传感器网络多个应用需求,即同时满足最大化网络生命周期,提高网络连接性,增强网络可靠性,降低网络时延,保证网络覆盖度,等等其优化目标,因此可能在最大化网络生命周期时,并没有达到最好的网络可靠性和网络连通性的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,以在延长网络寿 ...
【技术保护点】
1.一种基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,包括:步骤S1:提供一具有至少一个基站、多个传感器节点和多个监测目标的无线传感器网络,建立初始的分簇拓扑结构,作为当前的分簇拓扑结构;步骤S2:根据当前的分簇拓扑结构分别计算所述无线传感器网络的网络生命周期、网络连通性、网络可靠性、网络时延和网络覆盖度;步骤S3:以所述网络生命周期、网络连接度和网络可靠性为优化目标,以网络时延和网络覆盖度为约束条件,建立多目标优化模型;步骤S4:结合所述步骤S2中的网络生命周期、网络连通性、网络可靠性、网络时延和网络覆盖度和所述步骤S3中的多目标优化模型,通过计算来更新多目标优化模型的函数值,在此过程中,传感器节点被定义为更新的簇成员节点和簇头节点;步骤S5:将当前的分簇拓扑结构的簇成员节点和簇头节点优化为更新的簇成员节点和簇头节点并重复步骤S2‑S4,直到函数值不再继续增大。
【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,包括:步骤S1:提供一具有至少一个基站、多个传感器节点和多个监测目标的无线传感器网络,建立初始的分簇拓扑结构,作为当前的分簇拓扑结构;步骤S2:根据当前的分簇拓扑结构分别计算所述无线传感器网络的网络生命周期、网络连通性、网络可靠性、网络时延和网络覆盖度;步骤S3:以所述网络生命周期、网络连接度和网络可靠性为优化目标,以网络时延和网络覆盖度为约束条件,建立多目标优化模型;步骤S4:结合所述步骤S2中的网络生命周期、网络连通性、网络可靠性、网络时延和网络覆盖度和所述步骤S3中的多目标优化模型,通过计算来更新多目标优化模型的函数值,在此过程中,传感器节点被定义为更新的簇成员节点和簇头节点;步骤S5:将当前的分簇拓扑结构的簇成员节点和簇头节点优化为更新的簇成员节点和簇头节点并重复步骤S2-S4,直到函数值不再继续增大。2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述传感器节点随机部署在所述无线传感器网络的监测区域内,所述分簇拓扑结构通过根据所述无线传感器网络要求的比例选择所述传感器节点作为簇头节点来建立。3.根据权利要求1所述的基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,每个所述传感器节点均配有GPS定位模块。4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,在初始的分簇拓扑结构中,所述簇头节点的选择是随机的,或根据所述传感器节点的位置信息来进行。5.根据权利要求1所述的基于多目标优化的无线传感器网络拓扑控制方法,其特征在于,所述网络生命周期为:其中,ετ,k是传感器节点vτ,k的剩余能量...
【专利技术属性】
技术研发人员:常玉超,赵沁,丁吉芸,唐洪莹,李宝清,袁晓兵,
申请(专利权)人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所,中国科学院大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。