r(i，r)位置的初始值 Pir重复步骤四一至步骤四二;直至DIF = 〇W+i>-〇W>〇且公巧为止;则得到第4+1次迭 代结算所得的网络生存期
[0108] 步骤四四、重复步骤四一至步骤四S直到DIF<e为止;得到最优解的迭代次数为 户;输出第欠迭代结算所得的网络生存期;
[0109] 其中，e为计算精度，它是一个针对不同的网络的变量；cl)e(l，T^，e2 = OXl(r5。 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至=之一相同。
【具体实施方式】 [0110] 五:本实施方式与一至四之一不同的是：步骤五中确 定传感器的最佳位置子问题为Sl的模型用如下约束条件表示：
[0111] S <- max S W,;. ( 11 ) keK
[0112] 定义一个新的变量uk，用Uk来表示覆盖k点所需的传感器的数量，
[011引满足
[0116] 保证在k点部署了足够的的传感器，即在k点至少有dk+2个而非dk个传感器用来检 巧化点的情况，
[0117] ZZ./,./，i,言片（14) If-S 促R
[011 引 uk>0 keK (15)
[0119] pire{0，l} ieS，reR (16)其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
【主权项】
1.无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，其特征在于无线传感器网络线性 规划公式的启发式计算方法具体是按照W下步骤进行的： 步骤一、假设无线传感器网络中有K个点，在无线传感器网络生存期T中每个时间段t 内，在K中选取P个节点位布置错节点得到错节点的数量如公式(5)所示：其中，zet表明在周期t内点Θ处是否有错节点；zete{0，l}，当zet为1时在周期t内点Θ处 有错节点部署，zet为0时在周期t内点Θ处没有错节点部署;N为错节点位置的集合;P为错节 点的数量，Ρ<Κ，Τ为无线传感器网络生存期时长； 传感器数量满足活跃传感器的要求具体为：式中，dk为k点的覆盖要求;qirt为Sensor( i，!)在周期t内是否处于活跃状态;Sensor( i， r)为在i点处r类传感器；ieS，rER;S为候选传感器位置的集合;R为传感器的所有类别； qirtE{0,l}，qirt为l时Sensor(i,;r)在周期t内处于活跃状态，qirt为0时Sensor(i,;r)在周期 t内是处于休眠状态； 步骤二、根据覆盖在P个节点上的每个传感器与其相邻的传感器间传输的数据流量或 每个传感器与错节点间传输的数据流量计算得到流量平衡方程;根据流量平衡方程计算出 无线传感器网络中的数据传输总量； 步骤Ξ、根据Sensor。，r)的能量消耗值fir计算出无线传感器网络总能耗上限值为B 步骤四、将第Φ次改变的Sensor。，r)位置的初始值pir、错节点的数量、传感器数量、无 线传感器网络中的数据传输总量、ErW及无线传感器网络总能耗上限值为B输入周期迭代 启发式算法PIH中进行运算，得到无线传感器网络最大生存期输出第T气欠迭代结算所得的 网络生存期从'； 其中，口山为56]13〇^；[,1')部署位置的值;若口山为1则说明56]13〇八；[,1')被部署，若口山为0， 则说明Sensor。，r)未被部署;初始值Pir为0或l;Er为整个无线传感器网络生存期内每个传 感器所消耗的能量上限；Φ为迭代次数； 步骤五、将B、K、S和R的值输入到Gurobi系统中计算传感器的最佳位置子问题S1的模型 得到传感器位置信息Pir; 步骤六、通过将传感器位置Pir和错节点位置信息zet输入到Gurobi系统中计算传感器的 工作调度子问题S2的模型，得到传感器的qirt; 步骤屯、通过传感器位置Pir和传感器的qirt来输入到Gurobi系统中计算错节点的位置 和数据路由信息子问题S3; 步骤八、利用Gurobi运算S2的模型得到S2的网络生存期L2;利用Gurobi运算S3的模型得 到S3的网络生存期L3; 步骤九、定义DIF2 = L3-L2，设定计算精度E2，若DIF2〉E2，则重复步骤屯和步骤八，直至0< 0化< E2为止;得到S3的网络生存期巧。； 若0<DIF2< ε2,则得到S3的网络生存期if ; 其中，Ε2 = 0Χ10-5;0为网络期望生存期； 步骤十、第λ次改变传感器位置Pir和传感器的qirt重复步骤八得到S3的网络生存期￡f|， 令iW,二终L巧-"，设定计算精度ει;当DIFi<ei时，算法终止此时的终皆为网络生 存期的最大值;Ae(l，F*);F*为网络生存期为ifi的入的值;62 = 0X10-5。2. 根据权利要求1所述无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，其特征在于： 步骤二中流量平衡方程具体为：式中，airt = wt · qirt为辅助变量；Xirjst周期t内从SensorQ，!)至ljSenso;r( j，m)的数据流 总和；Sensor(j，m)为在j点处m类传感器;meR;S化为Sensor(j，m)周边候选传感器的位置； Sir，&mES;Sir为Sensor(i，r)周边候选传感器的位置;Wt为周期t的时长也为r类传感器的 数据生成率;ywt为周期t内，在点Θ处从Sensor(i，r)到汇聚节点的数据流总和;Nir靠近 Sensor(i，r)的错节点集的位置。3. 根据权利要求2所述无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，其特征在于： 步骤Ξ中根据传感器的能量消耗值fir计算出传感器总能耗上限值为B如公式(7)所示：其中，Er满足的约束条件具体为：4. 根据权利要求3所述无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，其特征在于： 步骤四中将第Φ次改变的Sensor。，r)位置的初始值pir、错节点的数量、传感器数量、无线 传感器网络中的数据传输总量、ErW及无线传感器网络总能耗上限值为B输入周期迭代启 发式算法PIH中进行运算，得到无线传感器网络最大生存期输出第T气欠迭代结算所得的网 络生存期e产具体过程： 步骤四一、将第Φ次改变的Sensor (i，r)位置的初始值pir、错节点的数量、传感器数量、 无线传感器网络中的数据传输总量、ErW及无线传感器网络总能耗上限值为B输入到求解 线性规划公式的软件Gurobi中进行运算得到M'f，其中，Φ表示迭代次数，1为Gurobi运算次 数；w，f为第Φ次迭代中第1次计算得到的结果;即满足：步骤四二、利用#户计算第Φ次迭代结算所得的网络生存期具体公式如下：步骤四Ξ、将第Φ+1次Sensor(i，r)位置的初始值pir，重复步骤四一至四二计算第Φ+1 次迭代结算所得的网络生存期+ 尋与化较，若dif = 0<4 + "-〇<4〇>〇且 公ZF<Mf，则得到第Φ +1次迭代结算所得的网络生存期; 若0^ = 0(*")-0(*)含0或八//''>||户，则改变第(1)+1次56113〇^1，')位置的初始值9^重 复步骤四一至步骤四二;直至DIF = 〇W+iL〇(4>)>〇且〇//7<miJ?为止;则得到第Φ+1次迭代结 算所得的网络生存期 步骤四四、重复步骤四一至步骤四Ξ直到DIF<e为止;得到最优解的迭代次数为T%输出 第户次迭代结算所得的网络生存期抹％ 其中，ε为计算精度；ΦΕ(1，Τ*) ,62 = 0X10-5。5.根据权利要求4所述无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，其特征在于： 步骤五中确定传感器的最佳位置子问题为S1的模型用如下约束条件表示：1) 定义一个新的变量Uk，用Uk来表示覆盖k点所需的传感器的数量， 满足2) 在k点至少有dk巧个uk>0 keK (15) Pire{〇，l} lES'rER (16)。
【专利摘要】无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法，本发明涉及启发式计算方法。本发明是要解决未完全考虑传感器节点部署、节点调度安排、移动锚节点和数据路由的问题、没有形成统一的框架结构的问题，而提出的无线传感器网络线性规划公式的启发式计算方法。该方法是通过一、建立无线传感器网络模型；二、根据流量平衡方程计算出无线传感器网络中的数据传输总量；三、计算出无线传感器网络总能耗上限值为B；四、得到网络生存期五、得到传感器位置信息；六、得到传感器的qirt；七、计算锚节点的位置和数据路由信息子问题S3；八、运算网络生存期L2和L3；九、得到S3的网络生存期十、得到网络生存期为等步骤实现的。本发明应用于启发式计算领域。
【IPC分类】H04W40/10, H04W84/18, H04W16/22, H04W16/18
【公开号】CN105578485
【申请号】CN201511005414
【发明人】秦丹阳, 杨松祥, 贾爽, 王尔馥, 丁群, 马宏斌
【申请人】黑龙江大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月28日