1.一种考虑能耗和覆盖的无线传感器网络压缩数据收集方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)以最小化能耗和最大化覆盖被监测区域为目标,建立联合考虑能耗和覆盖的多目标优化模型;
(2)设计多目标混合蛙跳算法对步骤(1)所述的优化模型进行求解;
(3)采用最小生成树算法收集传感器节点数据;
(4)对收集到传感器数据进行重构恢复;
步骤(1)所述的能耗主要包括每个节点在时刻t的启动、活动、发送和接收所消耗的能量:
其中, 为i节点在时刻t消耗的能量,AEi为i节点处于启用状态消耗的能量,MEi为i节点处于活动状态消耗的能量,REi为i节点接收数据消耗的能量,TEi为i节点发送数据消耗的能量, 为决策变量,若i节点在t时刻处于启动状态,取值为1,否则为0, 为决策变量,若iS m
节点在t时刻处于活动状态,取值为1,否则为0, 为决策变量,若(i,j)∈{A∪A}在时刻t属于连接节点l与Sink节点m的路径,取值为1,否则为0;S为传感器节点集,τ为时间段的索S m
引τ={1,2,3,...},A为连接传感器节点的边的集合,A为连接传感器节点到Sink节点的边i
的集合,Υ为集合A中以节点i为终点的所有边的集合, 为集合A中以i节点为起点的所有边的集合;
步骤(1)所述的多目标的优化模型目标函数为:minF(x)=(f1,f2)s.t.
其中,D为需求点集, 为二进制变量,若j节点在t时刻未被覆盖,取值为1,否则为0;
为节点i到Sink节点m最短路径的代价;NCj表示未被覆盖的惩罚因子,即需求点j未被覆盖的代价;
约束条件为:
其中q为需求节点;
所述步骤(2)包括以下步骤:(21)初始化种群,初始化外部精英档案;
(22)全局搜索:对初始种群进行非支配集排序,找到全局最优的青蛙;
(23)局部搜索:将所有青蛙进行分组,对每组青蛙进行组内模因,找到组内最好的青蛙以及最差的青蛙;
(24)如果局部搜索结束,则所有青蛙重新组合成一个新的种群,重复步骤(22)和(23),直到满足最大迭代次数,输出最优解。
2.根据权利要求1所述的一种考虑能耗和覆盖的无线传感器网络压缩数据收集方法,其特征在于,所述步骤(3)包括以下步骤:(31)采用最小生成树算法收集传感器节点数据,随机选择无线传感器网络中任意节点作为根节点;
(32)其余节点以最短路径方式连接到已有节点。
3.根据权利要求1所述的一种考虑能耗和覆盖的无线传感器网络压缩数据收集方法,其特征在于,所述步骤(4)包括以下步骤:(41)生成离散余弦变换稀疏基;
(42)生成随机稀疏测量矩阵;
(43)使用广义正交匹配追踪算法重构步骤(3)收集到的数据。