1.一种基于多重覆盖的异构无线传感器网络节点调度方法,其特征在于按照以下步骤进行:步骤1,网络初始化,包括:
步骤1-1:在二维监测区域内,按照有边界的帕累托分布布置Q个监测目标,同时随机部署n个传感器节点,将传感器节点记为si(i=1,2,...,n),利用M位二进制编码表示一个传感器节点在监测时间内各个时间片的工作状态,采用D位二进制编码t1,t2...tD作为一个染色体表示n个传感器节点在监测时间内各个时间片的工作状态,即D=n*M,由w个染色体组成一个种群,并记为P{P1(g),...,Pw(g),0≤g≤G,其中g表示当前种群的迭代次数,G表示种群的最大迭代次数,M即为监测时间内的时间片个数;
如果td=1,(1≤d≤D且d=(i*1)*M+k,1≤k≤M),则表示第i个传感器节点的第k个时间片处于工作状态;
如果td=0,(1≤d≤D且d=(i-1)*M+k,1≤k≤M),则表示第i个传感器节点的第k个时间片处于休眠状态;
步骤1-2:按照公式(1)生成初始辅助种群P′{P′1(0),...,Pw′(0)};
P′m,d(0)=-5+10×rand, (1)其中,P′m,d(0)表示初始种群中第m个染色体的第d位二进制编码的辅助计算值,m=
1,2,…,w;d=1,2,…,D,rand表示(0,1)之间的随机数;
步骤1-3:按照公式(2)对初始种群 进行初始化;
-x
其中,sig(x)=1/(1+e ),Pm,d(0)表示初始种群中第m个染色体的第d位二进制编码值;
步骤2,解评价,包括:
步骤2-1:按照公式(3)计算网络覆盖率Coverage;
其中,NC表示有效覆盖的栅格数目,NAll表示二维监测区域的栅格总数,满足有效覆盖的标准为min{cx,y(oq)}≥cth,(q=1,2…Q),cx,y(oq)按照公式(4)计算,用于表示监测目标oq被n个异构传感器节点协同监测到的概率,cth表示监测区域中每个目标节点oq,(q=
1,2,...,Q)的监测阈值;
式中cx,y(si,oq)按照公式(5)计算;
其中,系数 α1,α2,λ1,λ2,β1,β2均为每个传感器节点的预设参数,d(si,oq)表示第i个传感器节点与目标节点oq之间的欧式距离,rs(si)表示传感器节点si的感知半径;re(si)表示是传感器节点si的测量误差半径;
步骤2-2:统计计算活动节点数ActiveSensor;
染色体Pm(g)(m=1,2,...,w的活动节点数即为该染色体的二进制编码t1,t2...tD中“1”的个数;
步骤2-3:按照步骤2-1和步骤2-2的方法,分别计算第g次迭代后w个染色体Pm(g)(m=1,2,...,w)的网络覆盖率Coverage和活动节点数ActiveSensor,依次记为:Cm(g)(m=1,2,...,w)和Am(g)(m=1,2,...,w);
步骤3:二进制差分进化运算,包括:
步骤3-1:设定交叉因子最大值CRmax,交叉因子最小值CRmin,设定当前迭代次数g,利用步骤2-3所得的Cm(g)(m=1,2,...,w)、Am(g)(m=1,2,...,w)以及maximin算法分别计算第g次迭代后搜索种群P{P1(g),...Pw(g)}中每个染色体的适应度,依次记为f1,f2,...,fm,...,fw,并求出所有个体中的最小适应度fmin和平均适应度faver;
步骤3-2:按照公式(6)计算本次迭代中第m个染色体的缩放因子Fm;步骤3-3:按照公式(7)计算第g次迭代的自适应交叉因子CRg;
-b
其中, a=CRmin×e ;
步骤3*4:按照公式(8)求出变异个体vm,d(g+1);
vm,d(g+1) = P ′ r1,d(g)+Fm(P ′ r3,d(g)-P ′ m,d(g))+Fm(Pr ′ 2,d(g)-Pr ′ 1,d(g)) (8)其中,r1≠r2≠r3≠m,且1≤r1,r2,r3,m≤w;
步骤3-5,按照公式(9)计算第g+1次迭代后搜索种群中第m个染色体的第d位二进制编码的辅助计算值;
步骤3-6,按照公式(10)计算第g+1次迭代后搜索种群中第m个染色体的第d位二进制编码值;
步骤4:判断循环是否结束;
如果下一次迭代次数g+1超过最大迭代次数G,则循环结束,进入步骤5;否则,返回步骤2继续优化。
步骤5:选择最优个体;
利用步骤2所述的方法对经过G次迭代后的搜索种群进行解评价,选择网络覆盖率Coverage和活动节点数ActiveSensor最多的染色体作为最优个体,并根据最优个体中二进制编码所示工作状态控制各个传感器节点工作。
2.根据权利要求1所述的基于多重覆盖的异构无线传感器网络节点调度方法,其特征在于:步骤2中,所述系数λ1,λ2按照λ1=re(si)-rs(si)+d(si,oq),λ2=re(si)+rs(si)-d(si,oq)确定。
3.根据权利要求1所述的基于多重覆盖的异构无线传感器网络节点调度方法,其特征在于:步骤3中,所述第i个染色体的适应度fi的计算步骤如下:先运行min{Ci(g)-Ct(g)+ε},min{Ai(g)-At(g)+ε}分别获得网络覆盖率最小差值C(g)min和活动节点最小差值A(g)min,其中t∈(1,2,…,w)且t≠i;
再运行fi=max{C(g)min,A(g)min},使网络覆盖率最小差值C(g)min和活动节点最小差值A(g)min中较大的一个值作为第i个染色体的适应度fi。