专利名称：海上搜救无线传感网及其能量动态分配方法
技术领域：
本发明涉及ー种海事安全领域及无线传感网技术领域的无线搜救技术，具体涉及ー种海上搜救无线传感网及其能量动态分配方法。
背景技术：
现有海上搜救技术主要依赖于搜救方的搜寻工作，搜寻目标本身几乎不能为搜寻工作提供与搜寻工作相关的有益信息，较为被动。随着物联网时代的来临，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)技术也逐渐成熟,其对监测区域内目标的实时监测与多跳的无线通信方式，可以将海上搜救中搜救目标的信息采集并发送给搜救部门，为目标的快速搜寻提供有益的信息。目前WSN技术在海事领域的应用也开始逐渐普及，如海上溢油检测、海事监控等。WSN技术作为物联网关键技术之一，其低成本、体积小、快速自组织、自适应性强等特性，为其广泛应用提供可能，也为其在海上搜救领域的应用带来很多益处。在海上搜救当中应用WSN技术时，要解决的ー个重要问题就是尽可能延长网络的生命期，并且在延长生命期的过程中同时保证节点与汇聚节点的连通，以此才能保证在搜救部门前来搜救时网络的信息可以有 效地传输给搜救网络中心。WSN的拓扑控制问题是在满足网络覆盖和联通度的前提下，通过功率控制盒骨干网节点选择，剔除节点间不必要的通信链路生成一个高效的数据转发的网络的拓扑结构。通过拓扑控制可以减少网络能量消耗，延长网络的生存时间，提高网络的健壮性与稳定性。现有的拓扑控制方法主要基于功率控制和层次型拓扑控制两个方面，并已取得了初歩的进展，但由于资金、设备条件等因素，大部分拓扑控制方法仍处于理论研究阶段，所进行的实验也仅限于在仿真环境下观察方法的优劣，没有充分注意到在实际环境应用中要面临的诸多挑战。而对于海上搜救的环境而言，该网络节点动态性很强，节点不可替换，且要求网络生命期尽可能长，因此需要一种新的方法延长网络生命期并适应该动态环境。
发明内容
本发明提供ー种海上搜救无线传感网及其能量动态分配方法，解决海上搜救无线传感网中节点能量分配实时适应网络动态性的问题，可以适应动态性较高的网络，并可以減少不必要的能量消耗。为实现上述目的，本发明提供ー种海上搜救无线传感网，其特点是，该传感网包含
船舶終端，其设置于船舶，通过外接的卫星与互联网建立通信连接；
汇聚节点，其设置于救生艇筏，该汇聚节点与船舶終端无线通讯连接；以及，
传感器节点，其设置于救生衣，该传感器节点实时探测汇聚节点并与汇聚节点无线通讯连接；
上述传感器节点传输该传感器节点的位置信号至汇聚节点，汇聚节点将该汇聚节点及传感器节点的位置信息传输至船舶終端。上述的传感网包含若干个传感器节点，若干个该传感器节点分布在海上并通过无线通讯形成无线传感器网络，该无线传感器网络实时探测汇聚节点；
上述无线传感器网络中任意一个传感器节点探測到汇聚节点，即将该无线传感器网络中所有传感器节点的位置信号都传输至汇聚节点。ー种如上述的海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，其特点是，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，使得传感器节点的发射距离满足可以与编号小于该传感器节点的邻居节点进行通信的功率水平，实现该传感器节点可与其邻居节点进行通信；
步骤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；
步骤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；适应度函数为每个传感器节点发射功率与全部节传感器节点发射功率和的比值；平均功率与全部传感器节点发射功率和的比值作为參考值；
判断无线传感器网络中各个传感器节点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作为精英解遗传到下一代种群
中；
上述的每个传感器节点发射功率与全部节传感器节点发射功率和的比值如下
权利要求
1.ー种海上搜救无线传感网，其特征在于，该传感网包含 船舶終端(I)，其设置于船舶，通过外接的卫星(4 )与互联网建立通信连接； 汇聚节点(2)，其设置于救生艇筏，该汇聚节点(2)与所述的船舶終端(I)无线通讯连接；以及， 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； 所述传感器节点(3)传输该传感器节点(3)的位置信号至汇聚节点(2)，汇聚节点(2)将该汇聚节点(2)及传感器节点(3)的位置信息传输至船舶終端(I)。
2.如权利要求1所述的海上搜救无线传感网，其特征在于，所述的传感网包含若干个传感器节点(3)，若干个该传感器节点(3)分布在海上并通过无线通讯形成无线传感器网络(31)，该无线传感器网络(31)实时探测所述汇聚节点(2)； 所述无线传感器网络(31)中任意一个传感器节点(3)探測到汇聚节点(2)，即将该无线传感器网络(31)中所有传感器节点(3)的位置信号都传输至汇聚节点(2)。
3.—种如权利要求1所述的海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，其特征在干，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)发射功率与全部节传感器节点(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參考值； 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。
4.如权利要求3所述的适用于海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，其特征在于，所述的每个传感器节点(3)发射功率与全部节传感器节点(3)发射功率和的比值如下
5.如权利要求3或4所述的适用于海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，其特征在于，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。
6.如权利要求3或4所述的适用于海上搜救无线传感网的能量动态分配方法，其特征在于，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xlj (t)，x2 j (t),…，xnj (t) ；xnj (t)的交叉对象为步骤3中选取的移民解； 交叉后更新公式如式(2):
全文摘要
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。
文档编号H04W84/18GK103067510SQ20121058783
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者吴华锋, 张倩楠, 杨磊 申请人:上海海事大学