海上搜救无线传感网及其能量动态分配方法

摘要

本发明公开一种海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，该方法包含：1、通过各传感器节点与汇聚节点的距离远近对传感器节点进行编码并对其发射功率进行初始化；2、将初始化的传感器节点的发射功率作为后续优化操作的一组待选解；3、建立起适于延长该无线传感器网络生命期的适应度函数；4、依据该能量动态分配方法的解的适应度函数值对各个传感器节点的能量分配进行优化选择操作；该选择操作基于精英移民的遗传方法来对传感器节点的能量分配进行优化。本发明可利用原环境的优质解而尽快收敛于现在的最优解；对环境及节点的动态性进行了充分考虑；有效利用精英移民遗传算法对动态环境的适应性，可适应动态性较高的网络，减少不必要的能量消耗。

主权项

一种海上搜救无线传感网的能量动态分配方法；所述海上搜救无线传感网包含：船舶终端(1)；汇聚节点(2)，其设置于救生艇筏，该汇聚节点(2)与所述的船舶终端(1)无线通讯连接；若干传感器节点(3)，其设置于救生衣，该传感器节点(3)实时探测所述汇聚节点(2)并与所述的汇聚节点(2)无线通讯连接；若干传感器节点(3)分布在海上并通过无线通讯形成无线传感器网络(31)；其特征在于，该方法基于精英移民遗传方法，将上一代解中的较优解作为精英解保留并生成移民解，对上一代中不适用于新环境的劣质解进行遗传优化操作；该方法包含：步骤1、通过各传感器节点(3)与汇聚节点(2)的距离远近对传感器节点(3)进行编码并对其发射功率进行初始化，使得传感器节点(3)的发射距离满足可以与编号小于该传感器节点(3)的邻居节点进行通信的功率水平，实现该传感器节点(3)可与其邻居节点进行通信；步骤2、将初始化的传感器节点(3)的发射功率作为后续优化操作的一组待选解；步骤3、建立起适于延长该无线传感器网络(31)生命期的适应度函数；适应度函数为每个传感器节点(3)发射功率与全部传感器节点(3)发射功率和的比值；平均功率与全部传感器节点(3)发射功率和的比值作为参考值；所述的每个传感器节点(3)发射功率与全部传感器节点(3)发射功率和的比值如下：$F\left(C_j\right)=\frac{P_j}{\underset{1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_j}---\left(1\right)$式(1)中，Cj为染色体，代表T时刻第j个传感器节点(3)发射能量级别；F(Cj)为T时刻第j个传感器节点(3)发射能量级别的适应度值；Pj为传感器节点j当前发射能量水平；N为无线传感器网络(31)中传感器节点(3)的总数；所有所述传感器节点(3)的平均功率占总发射功率的比值作为适应度函数比较的参考值，即1/N；所述的步骤3包含以下步骤：判断无线传感器网络(31)中各个传感器节点(3)的发射功率是否大于平均发射功率；若是，则将该发射功率大于平均发射功率的传感器节点(3)作为待优化对象；若否，则该发射功率低于平均发射功率的传感器节点(3)作为精英解遗传到下一代种群中；步骤4、依据该能量动态分配方法的解X的适应度函数值对各个传感器节点(3)的能量分配进行优化选择操作；该选择操作基于精英移民的遗传方法来对传感器节点(3)的能量分配进行优化；所述步骤4包含：对染色体Cj的内基因进行单点交叉，染色体Cj的内基因包含x_1j(t),x_2j(t),…,x_ij(t)，…x_nj(t)；x_nj(t)的交叉对象为步骤3中选取的精英解；交叉后更新公式如式(2)：$x_{ij}(t+1)=\left\{\begin{array}{c}{h}_{ij}(t+1),F\left(h_{ij}\right(t+1\left)\right)<F\left(x_{ij}\right(t\left)\right)\\ x_{ij}\left(t\right),F\left(h_{ij}\right(t+1\left)\right)\ge F\left(x_{ij}\right(t\left)\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，F(x_ij(t))为第t代的第j个节点的第i级功率P_i的适应度值，h_ij(t+1)为交叉操作产生的新个体；对交叉进化后的结果判定传感器节点(3)发射功率是否可以与汇聚节点(2)进行通信后，若是，则再完成更新操作，若否，则重新优化。