基于网格划分的水下无线传感器网络多维优化节点部署方法技术

一种基于网格划分的水下无线传感器网络多维优化节点部署方法，水下传感器网络的节点部署问题中，将所需感知的长方体区域划分成规格为K×M×L的长方体网络，部署节点数量的最小化控制，计算网络覆盖效率的最大值，控制网络传输连通效率最大，控制网络的覆盖冗余度最小，控制网络生存时间尽可能长，求解多目标规划的数学模型可以将多个指标转化为单一目标函数进行计算，获得较优的部署策略。本发明专利技术兼顾网络覆盖效率、覆盖冗余度、网络生存时间、节点成本、传输连通效率。

A multi-dimensional optimization node deployment method for underwater wireless sensor networks based on grid partition

A grid of underwater wireless sensor network node deployment multidimensional optimization method based on node deployment of underwater sensor networks, will be required for the perception of the division of cuboid area into the specifications for the rectangular network K * M * L, minimizing the number of nodes deployment control, calculate the maximum network efficiency. Control network connectivity efficiency, control network coverage minimum redundancy control, network lifetime as long as possible, the mathematical model for solving multiobjective programming can be a number of indicators into a single objective function calculation, get the optimal deployment strategy. The invention takes into account the network coverage efficiency, the coverage redundancy, the network survival time, the node cost, and the transmission and connectivity efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于网格划分的水下无线传感器网络多维优化节点部署方法
本专利技术涉及一种水下无线传感网络节点部署方法，尤其是考虑了网络覆盖效率、覆盖冗余度、网络生存时间、节点成本、传输连通效率等因素后，基于遗传算法在短时间内提供一种高效的节点部署方法。
技术介绍
水下无线传感器网络(UnderwaterWirelessSensorNetworks，UWSN)是将低能耗、通信距离受限的节点部署在指定水域(感知区域)中，利用节点的自组织能力自动组网，对感知区域内的信息进行采集并完成相应的数据收集和整理。UWSN在海洋资源勘探、海洋环境监测以及海洋军事领域有着广泛且重要的用途，已经引起工业界、学术界以及军事界的极大关注。区别于传统二维陆地无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)，UWSN需要监测三维水域环境。由于水下环境复杂多变且仅能依靠衰落较快的声波信号传输信息、节点成本高、网络能耗大等原因，许多传统WSN的方法并不适用于UWSN。因此，许多学者对UWSN的拓扑控制协议、定位算法、节点部署与覆盖控制等方面开展了研究。其中，水下传感器节点部署研究直接关系到UWSN的节点能量、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网格划分的水下无线传感器网络多维优化节点部署方法，其特征在于：水下传感器网络的节点部署问题中，将所需感知的长方体区域划分成K×M×L的长方体网络，形成(K+1)×(M+1)×(L+1)个格点，将网络中的每一个格点进行标号，基站所在的位置标志为1号，设定在最优化网络节点部署时，传感器节点只能部署在格点；传感器节点都具备一定的覆盖半径Rcov，传感器节点都具备通信半径Rcom，设定所有传感器节点具有相同的覆盖半径与通信半径，且Rcom>Rcov；引入两个0‑1矩阵：覆盖矩阵F＝(fij)N×P与连通矩阵T＝(tij)N×N，矩阵元素含义如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于网格划分的水下无线传感器网络多维优化节点部署方法，其特征在于：水下传感器网络的节点部署问题中，将所需感知的长方体区域划分成K×M×L的长方体网络，形成(K+1)×(M+1)×(L+1)个格点，将网络中的每一个格点进行标号，基站所在的位置标志为1号，设定在最优化网络节点部署时，传感器节点只能部署在格点；传感器节点都具备一定的覆盖半径Rcov，传感器节点都具备通信半径Rcom，设定所有传感器节点具有相同的覆盖半径与通信半径，且Rcom>Rcov；引入两个0-1矩阵：覆盖矩阵F＝(fij)N×P与连通矩阵T＝(tij)N×N，矩阵元素含义如下所示：其中，连通矩阵维度N×N为所需探测网络的格点总数，即N＝(K+1)×(M+1)×(L+1)；覆盖矩阵维度N×P为精细划分后的网络格点数量，P＝(K’+1)×(M‘+1)×(L’+1)，P>N；格点位置i与格点位置j的三维坐标分别表示为(xci,yci,zci)与(xcj,ycj,zcj)，覆盖矩阵和连通矩阵的计算方式如下：传感器节点采用声纳方式相互通信，节点的能耗包括三部分：发送数据能耗、接受数据能耗、数据融合能耗，节点发送数据能耗Esend、节点接收数据能耗Erec、数据融合的能耗Eintg，三者计算方式如下所示：l表示数据包的长度，Ps表示节点可以接收到单位数据所需的最小功率，d表示发送节点和目的节点之间的距离，Pr是常数，Edate表示数据融合能耗，λ为能量扩散因子，α表示吸收参数，由载波频率f决定，关系如下：部署节点数量的最小化控制：首先需要考虑节点数量的最小化。引入0-1决策变量xi用于表述是否在格点位置i部署节点，在指定的某种节点部署方案X下，节点总数指标ZB1(X)计算如下：0<ZB1(X)≤N，ZB1(X)＝N意味着区域中的每个格点都部署一个传感器节点；计算网络覆盖效率的最大值：将K×M×L的长方体感知区域划分成K‘×M’×L‘的网格，通过覆盖矩阵F＝(fij)N×P，得到网络中任何一个格点被覆盖的情况FF＝(ffij)N；将覆盖效率定义为感知区域被覆盖格点数与网络格点总数之比，在指定的某种节点部署方案X下，网络覆盖效率指标ZB2(X)表达如下：0<ZB2(X)≤1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，孟利民，华惊宇，徐志江，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33