一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型，本发明专利技术的UWSNs区间多目标调度优化模型包括传感器区间覆盖模型、区间能耗模型和区间能量衡度模型；区间多目标文化基因算法包括局部搜索激活机制、局部搜索初始种群建立和局部搜索策略。本发明专利技术的内容能够适用于不确定海洋环境，主要创新点是：以覆盖率、能耗，能量均衡度作为网络性能的评价指标，综合全面地评价网络的性能；充分考虑到不确定性环境对网络的影响，用节点是否休眠及节点的分簇策略建立含不确定性的三维水下无线传感器网络模型，并用区间多目标进化优化算法对网络进行优化，从而达到提升网络性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型
本专利技术涉及水下传感器网络
，具体为一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型。
技术介绍
水下无线传感器网络将采集到的数据，如水压、水温、盐都等通过节点间的单跳或多跳形式传输到水面基站，从而实现对海洋环境的监控。由于UWSNs能有效的应用于远洋开采、导航辅助、环境污染预测等领域，因此越来越受到国内外学者的关注。对于UWSNs的实际应用问题，需要布设大量的传感器节点，使网络达到要求的覆盖率，从而能够对环境进行实时有效的监控。由于每个节点的能量非常有限并且处于极其复杂的海洋环境中，所以对于节点电池的更换比较困难，因此一般采用分簇的策略来均衡整个网络的能耗，尽可能延长网络的使用寿命。钱凌提出了一种基于三维顺序博弈的传感器网络覆盖的方法，该方法通过建立一个球状的水下传感器网络覆盖模型来优化网络的覆盖控制，通过节点自身位置以及计算节点感知半径范围内节点的能耗情况，自适应的调节节点之间的感知功率，从而达到减少整个网络能量消耗，延长网络的使用寿命的目标。黄俊杰等提出了一种针对水下环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型，其特征在于：包括UWSNs区间多目标调度优化模型和区间多目标文化基因算法；/n所述UWSNs区间多目标调度优化模型包括传感器区间覆盖模型、区间能耗模型和区间能量衡度模型；所述区间多目标文化基因算法包括局部搜索激活机制、局部搜索初始种群建立和局部搜索策略；/n设三维水下监控区域为V＝L×L×L，目标点T＝(t

【技术特征摘要】
1.一种基于区间多目标的水下无线传感器网络调度优化模型，其特征在于：包括UWSNs区间多目标调度优化模型和区间多目标文化基因算法；
所述UWSNs区间多目标调度优化模型包括传感器区间覆盖模型、区间能耗模型和区间能量衡度模型；所述区间多目标文化基因算法包括局部搜索激活机制、局部搜索初始种群建立和局部搜索策略；
设三维水下监控区域为V＝L×L×L，目标点T＝(t1,t2,t3...tm)，其中m为目标点的个数，第j个目标点的坐标tj＝(xtj,ytj,ztj)；传感器节点S＝(s1,s2,s3...sn)，其中n为节点的个数，由于洋流、海洋生物等不确定因素的影响，第i个节点会产生偏移，从而导致其位置具有不确定性，用区间表示其坐标，即第i个节点的坐标记为因此第i个节点与第j个目标点之间的距离记为其中，






在监控区域中，存在三种节点，簇头节点，簇内节点以及汇总簇头节点数据的sink节点；每个节点分别有四种状态，-1(死亡节点)、0(休眠的簇内节点)、1(激活的簇内节点)、2(簇头节点)；
主要过程如下：在监控区域中随机生成一定数量的簇头节点，其余节点根据距离的下界选择最近的簇头加入该簇中，并把数据发送到该簇的簇头，所有的簇头节点通过计算自身与sink节点之间的距离，以距离下界把簇头分成不同的级别，离sink远的簇头把数据发送给离sink近的簇头，离sink近的簇头直接把数据发送给sink节点，即通过距离来选择单跳或者多跳的方法将簇头节点收到的数据发送给sink节点。


2.根据权利要求1所述的UWSNs区间多目标调度优化模型，其特征在于，所述传感器区间覆盖模型包括以下内容：
当目标点与传感器节点之间的距离小于节点感知半径时，则认为该目标点被网络所覆盖，即当节点s的感知半径为r，目标点t被节点s覆盖的概率：



其中d(s,t)为目标点t与节点s之间的欧式距离，
在传感器节点集S＝(s1,s2,s3...sn)中，由节点的状态，可以定义第i个节点si的工作状态:



其中ai∈{-1,0,1,2}，即xi＝1认为节点处于工作状态，反之不工作，i＝1,2,…,n；
第j个目标点tj被第i个节点si覆盖的概率可定义为其中：






则第j个目标点被网络覆盖的概率可定义为其中
由于最小化问题，因此把问题转化为最小化未被覆盖率；
网络未被覆盖率为其中








3.根据权利要求1所述的UWSNs区间多目标调度优化模型，其特征在于，所述区间能耗模型包括以下内容：
两个节点间传输数据的能耗可以表示为：
Ei,j＝A(d)×l
其中d为节点si,sj之间的欧式距离，l为传输数据包的大小，单位为bit，A(d)表示数据包在水下传输距离为d时的能量衰减，可以表示为：
A(d)＝dηad
其中η为能量扩散因子，且η＝2，



a(f)为吸收系数，可以表示为：



其中f为载波频率；
每个节点都需要将数据发送给其他节点，需要计算自身与其他节点之间的欧氏距离，这个距离在不确定的复杂环境中也是一个区间值，所有该节点传输数据能耗的上下界可表示为：

Ei＝A(dmin)×l



其中dmin、dmax分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙靖，周慧邦，巩敦卫，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32