一种工业无线传感器网络多目标最优部署的方法

摘要

本发明公开了一种工业无线传感器网络多目标最优部署的方法，其步骤：(1)将监测区域划分为三维网格，传感器节点、簇头及基站布置在网格交叉点上；(2)生成障碍物矩阵；(3)和声个体表示；(4)设定算法控制参数；(5)设定传感器和簇头的通信半径；(6)判断传感器节点与簇头通讯是否满足条件；(7)判断传感器节点与基站通讯的跳数是否满足条件；(8)采用启发式策略初始化和声矩阵；(9)计算每个和声的目标函数值；(10)找最优和声；(11）生成新和声；(12）比较新和声与和声记忆库中对应的和声的优劣（13）更新最优和声；（14）判断是否满足终止条件。该方法能对工业无线传感器网络的系统可靠性、实时性、传感器节点部署成本和维护成本实现多目标优化，满足工业实际需求。

主权项

1.一种工业无线传感器网络多目标最优部署的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)、首先根据工业现场实际空间、障碍物大小及位置、无线传感器功率、精度要求，将监测区域划分为三维网格，R、S、T分别对应横、纵、竖坐标上划分段数，传感器节点、簇头及基站都分别部署在网格交叉点上，根据工业要求,传感器节点分为两类，一类是一般传感器节点，另一类是关键传感器节点；根据实际工艺设计需求，工业现场实际空间内有个传感器节点，在空置的个网格点上部署簇头和基站；(2)、根据现场实际设备在三维网络坐标中的位置生成障碍物矩阵B， 障碍物矩阵B大小为，网格为“1”表示该网格上有障碍物，如果网格为“0”则表示该网格上没有障碍物，如果传感器节点、簇头及基站任意两点之间的直线路径中存在有障碍物，则认为此传感器节点、簇头及基站两点之间无法互相通讯；(3)、和声个体解的表示：，，空置网格点上布置簇头和基站，，其中，n表示用来部署簇头和基站的网格总数，表示在第j个空网格点空置，或者表示在第j个空网格点上部署传感器簇头，表示第j个空网格点上部署基站；(4)、设定启发式二进制和声搜索算法的各个控制参数，启发式二进制和声搜索算法的控制参数包括创作次数NI、和声记忆库大小、和声记忆库思考概率和音调微调概率，并随机初始化和声记忆库HM；(5)、设定传感器节点的通信半径为，簇头的通信半径为，判断传感器节点与簇头之间的距离是否小于等于，若传感器节点与簇头之间的距离小于等于，并且两者通讯链路之间不存在障碍物时，则认为传感器节点与该簇头通讯，将传感器节点作为该簇头的一个负载，否则认为传感器节点不能与该簇头通讯；判断两个簇头之间的距离是否小于等于，若两个簇头之间的距离小于等于，并且两个簇头之间的通讯链路不存在障碍物时，则认为该两个簇头之间互相通讯；簇头的总负载为簇内传感器节点数及与其通讯的簇头数之和；(6)、判断是否每个一般的传感器节点至少与2个簇头通讯，若每个一般传感器节点不能至少与2个簇头通讯，则认为传感器节点不满足系统可靠性要求，则计算所有一般的传感器节点的惩罚值，，其中是惩罚系数，否则认为一般传感器节点满足系统可靠性要求，不计算一般传感器节节点的惩罚值，判断关键传感器节点是否能与大于等于3个簇头通讯，若不能与大于等于3个簇头通讯，则计算所有关键传感器节点的惩罚值，，是惩罚系数，否则认为关键传感器节点满足系统可靠性要求，不计算关键节点的惩罚值；(7)、设定在监测区域内有个基站，记为,传感器节点i通过簇头与最近基站通讯所需跳数为，考虑到工业无线传感器网络的实时性，要求传感器节点到达基站的跳数不多于Smax ，判断每个传感器节点与各基站通讯的跳数是否满足少于最大跳数Smax，若每个传感器节点与各基站通讯的跳数不能满足少于最大跳数Smax ，则认为传感器节点不满足实时性要求，则计算所有传感器节点的惩罚值，，是惩罚系数，否则认为传感器节点满足实时性要求，不计算传感器节点的惩罚值；(8)、采用启发式策略初始化和声矩阵，根据各传感器节点分布密度调整随机值，有倾向产生和声矩阵，该和声矩阵的大小记为HMS；同时为了确保不丢失可能的解，产生一个全“1”的和声；(9)、计算每个和声x的目标函数值，目标函数为：其中，minf(x）表示目标函数，，，分别是子函数，，的权值；表示簇头数量、表示基站的数量、表示簇头负载的标准差；(10)、在初始化中和声记忆库中找到最好的和声最好的和声定义：和声矩阵中目标函数值最小的和声；(11)、生成新的和声；(12)、比较新的和声与和声记忆库中对应的和声的优劣；如果新的和声比和声记忆库中对应的和声优，则用新的和声替换和声记忆库中对应的和声，否则和声矩阵不变；（13）、更新最优和声；（14）、判断新产生的和声数是否少于HMS，若新产生的和声数少于HMS,返回步骤（11）继续产生新和声，若新产生的和声数不是少于HMS，并且算法达到了最大迭代次数，则停止迭代，生成最优和声，否则返回步骤（11）继续迭代。