無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法，該方法包括：選取具有最大度數(shù)的節(jié)點(diǎn)作為第一個探測節(jié)點(diǎn)；根據(jù)已選節(jié)點(diǎn)，利用獨(dú)立探測路徑的原理定位網(wǎng)絡(luò)中的陰影節(jié)點(diǎn)集合；以最大限度消除陰影節(jié)點(diǎn)為準(zhǔn)則，利用改進(jìn)的遺傳算法選取后續(xù)的探測節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一選取單元、計(jì)算單元、判斷單元、更新單元及第二選取單元。本發(fā)明基于對故障節(jié)點(diǎn)的主動探測，通過選取最優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)集合來提高網(wǎng)絡(luò)中被測節(jié)點(diǎn)的可達(dá)率。
【專利說明】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)故障分為通信故障和數(shù)據(jù)故障。通信故障源于節(jié)點(diǎn)通信模塊的故障或通信鏈路的故障(鏈路的擁塞導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失或延誤等)，而數(shù)據(jù)故障主要由傳感器模塊的感知錯誤造成，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)采集上報(bào)的監(jiān)測數(shù)據(jù)異常。對無線傳感網(wǎng)絡(luò)故障的監(jiān)測技術(shù)主要分為兩類:被動和主動。被動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于對數(shù)據(jù)故障的檢測,主要指基于鄰居協(xié)作的分布式數(shù)據(jù)故障檢測方案。主動監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于對節(jié)點(diǎn)通信故障的檢測，對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)丟失、延遲和路由狀態(tài)進(jìn)行檢測。主動探測是指探測節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)包的回饋情況判斷網(wǎng)絡(luò)特定區(qū)域的狀態(tài)。
[0003]探測節(jié)點(diǎn)的選取作為主動探測實(shí)施的第一步，完成選取適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)作為探測節(jié)點(diǎn)以將探測發(fā)往網(wǎng)絡(luò)中所有興趣區(qū)域。R.Kumar等提出一種二叉的方法計(jì)算有效的節(jié)點(diǎn)集合。該方法計(jì)算在所有路由狀況下能夠被一個節(jié)點(diǎn)檢測的邊緣集合，有效降低了用于檢測網(wǎng)絡(luò)邊緣集合的節(jié)點(diǎn)數(shù)@4』.Horton研究出一種優(yōu)化的和系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)布置方法并在理論層面和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上分析節(jié)點(diǎn)集合覆蓋網(wǎng)絡(luò)的整體屬性。S.Jamin等提出一種在網(wǎng)絡(luò)中流量多變狀況下探測節(jié)點(diǎn)的智能分布方法。
[0004]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在故障節(jié)點(diǎn)時將導(dǎo)致其余節(jié)點(diǎn)不可達(dá)，而上述方法中的節(jié)點(diǎn)選取和部署機(jī)制并沒有考慮網(wǎng)絡(luò)中可能的節(jié)點(diǎn)故障帶來的影響，因此，并不能應(yīng)用于進(jìn)行故障檢測的主動探測技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行節(jié)點(diǎn)故障主動探測，通過選取最優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)集合來提高網(wǎng)絡(luò)中被測節(jié)點(diǎn)的可達(dá)率。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法，該方法包括:
[0007]S1:將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合作為陰影節(jié)點(diǎn)集合，并將所述所有節(jié)點(diǎn)中具有最大度數(shù)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)；
[0008]S2:將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)及其鄰居節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，并計(jì)算所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑；
[0009]S3:判斷所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)是否為第一個探測節(jié)點(diǎn)，若是，則執(zhí)行步驟S5，否則執(zhí)行步驟S4 ；
[0010]S4:將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑和已選探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑進(jìn)行比較，得到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)具有的獨(dú)立探測路徑，將具有不小于k條獨(dú)立探測路徑的節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，其中，k表示所述網(wǎng)絡(luò)中存在故障的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；
[0011]S5:根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)利用遺傳算法選取下一個探測節(jié)點(diǎn)，并將選取的探測節(jié)點(diǎn)作為新的當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)，返回步驟S2，直至所述已選探測節(jié)點(diǎn)的數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)上限值或所述陰影節(jié)點(diǎn)集合為空。
[0012]優(yōu)選地，根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)利用遺傳算法選取下一個探測節(jié)點(diǎn)包括:
[0013]隨機(jī)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中選取若干個節(jié)點(diǎn)作為初始種群，并對所述節(jié)點(diǎn)的地理位置進(jìn)行二進(jìn)制編碼得到個體的基因；
[0014]根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立探測路徑計(jì)算個體的適應(yīng)度；
[0015]根據(jù)所述個體的適應(yīng)度計(jì)算個體的自適應(yīng)交叉概率和個體間的不相關(guān)性，確立交叉?zhèn)€體組合并完成種群繁殖；
[0016]根據(jù)種群繁殖后個體的自適應(yīng)變異概率和變異位數(shù)，完成個體變異過程，生成新的個體；
[0017]判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，若是則選取當(dāng)前種群中的適應(yīng)度最高的個體作為被選取的探測節(jié)點(diǎn)，否則繼續(xù)進(jìn)行迭代。
[0018]優(yōu)選地，所述計(jì)算個體的適應(yīng)度包括:
[0019]遍歷陰影節(jié)點(diǎn)集合SN，將當(dāng)前待選節(jié)點(diǎn)至所有陰影節(jié)點(diǎn)的路徑加入集合PS ；
[0020]遍歷已選節(jié)點(diǎn)到所有陰影節(jié)點(diǎn)的探測路徑集合PT，若PT與PS中存在具有相同目的陰影節(jié)點(diǎn)且相互獨(dú)立的兩條路徑，則該陰影節(jié)點(diǎn)的累積獨(dú)立探測路徑數(shù)目m加I ;
[0021 ] 當(dāng)m大于或等于k時，被釋放的陰影節(jié)點(diǎn)rN數(shù)目加I，其中k表示網(wǎng)絡(luò)中存在的故障節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；
[0022]遍歷結(jié)束后,將f = rN*EXP (energy)作為該節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)度值,其中energy表示該節(jié)點(diǎn)的剩余電量。
[0023]優(yōu)選地，所述個體自適應(yīng)交叉概率為:

【權(quán)利要求】
1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取方法，其特征在于，該方法包括: S1:將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合作為陰影節(jié)點(diǎn)集合，并將所述所有節(jié)點(diǎn)中具有最大度數(shù)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)； 52:將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)及其鄰居節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，并計(jì)算所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑； 53:判斷所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)是否為第一個探測節(jié)點(diǎn)，若是，則執(zhí)行步驟S5，否則執(zhí)行步驟S4 ； S4:將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑和已選探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑進(jìn)行比較，得到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)具有的獨(dú)立探測路徑，將具有不小于k條獨(dú)立探測路徑的節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，其中，k表示所述網(wǎng)絡(luò)中存在故障的節(jié)點(diǎn)數(shù)量； S5:根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)利用遺傳算法選取下一個探測節(jié)點(diǎn)，并將選取的探測節(jié)點(diǎn)作為新的當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)，返回步驟S2，直至所述已選探測節(jié)點(diǎn)的數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)上限值或所述陰影節(jié)點(diǎn)集合為空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)利用遺傳算法選取下一個探測節(jié)點(diǎn)包括: 隨機(jī)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中選取若干個節(jié)點(diǎn)作為初始種群，并對所述節(jié)點(diǎn)的地理位置進(jìn)行二進(jìn)制編碼得到個體的基因； 根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立探測路徑計(jì)算個體的適應(yīng)度； 根據(jù)所述個體的適應(yīng)度計(jì)算個體的自適應(yīng)交叉概率和個體間的不相關(guān)性，確立交叉?zhèn)€體組合并完成種群繁殖； 根據(jù)種群繁殖后個體的自適應(yīng)變異概率和變異位數(shù)，完成個體變異過程，生成新的個體； 判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，若是則選取當(dāng)前種群中的適應(yīng)度最高的個體作為被選取的探測節(jié)點(diǎn)，否則繼續(xù)進(jìn)行迭代。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算個體的適應(yīng)度包括: 遍歷陰影節(jié)點(diǎn)集合SN，將當(dāng)前待選節(jié)點(diǎn)至所有陰影節(jié)點(diǎn)的路徑加入集合PS ； 遍歷已選節(jié)點(diǎn)到所有陰影節(jié)點(diǎn)的探測路徑集合PT，若PT與PS中存在具有相同目的陰影節(jié)點(diǎn)且相互獨(dú)立的兩條路徑，則該陰影節(jié)點(diǎn)的累積獨(dú)立探測路徑數(shù)目m加I ; 當(dāng)m大于或等于k時,被釋放的陰影節(jié)點(diǎn)rN數(shù)目加I,其中k表示網(wǎng)絡(luò)中存在的故障節(jié)點(diǎn)的數(shù)目； 遍歷結(jié)束后，將f = rN*EXP (energy)作為該節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)度值,其中energy表示該節(jié)點(diǎn)的剩余電量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述個體自適應(yīng)交叉概率為:
其中，Ppre為預(yù)設(shè)值，默認(rèn)為0.8 ；f為個體的適應(yīng)度，7群體內(nèi)的平均適應(yīng)度，為群體內(nèi)的最大適應(yīng)度； 所述個體間的不相關(guān)性為:
其中，Bi^bi表示基因編碼中的每一個比特，為I或O。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)變異概率為:
其中，為種群內(nèi)的最大適應(yīng)度，favg為種群內(nèi)的平均適應(yīng)度，f為兩個交叉?zhèn)€體中最大的適應(yīng)度，fi為當(dāng)前待變異個體的適應(yīng)度，Ppre為(O，D間的預(yù)設(shè)值； 所述變異位數(shù)為:
其中，I為常數(shù)，L/4〈l〈L/3，L為染色體長度，fmin為種群內(nèi)的最小適應(yīng)度。
6.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探測節(jié)點(diǎn)選取系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 第一選取單元，用于將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合作為陰影節(jié)點(diǎn)集合，并將所述所有節(jié)點(diǎn)中具有最大度數(shù)的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)； 計(jì)算單元，用于將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)及其鄰居節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，并計(jì)算所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑； 判斷單元，用于判斷所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)是否為第一個探測節(jié)點(diǎn)； 更新單元，用于將所述當(dāng)前探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑和已選探測節(jié)點(diǎn)到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的探測路徑進(jìn)行比較，得到所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)具有的獨(dú)立探測路徑，將具有不小于k條獨(dú)立探測路徑的節(jié)點(diǎn)從所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中移除，其中，k表示所述網(wǎng)絡(luò)中存在故障的節(jié)點(diǎn)數(shù)量； 第二選取單元，根據(jù)所述陰影節(jié)點(diǎn)集合中每個節(jié)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)利用遺傳算法選取下一個探測節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號】H04W84/18GK104202766SQ201410446262
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】楊楊, 周航, 邱雪松, 高志鵬, 李文璟 申請人:北京郵電大學(xué)