[发明专利]面向高可靠低时延无线传感器网络的优化方法

说明书

本发明涉及一种面向高可靠低时延无线传感器网络的优化方法，包括建立关于无线传感器网络节点的染色体及其种群；构建对应的数据矩阵并获取改进数据矩阵；利用主成分分析法分解该改进数据矩阵并转化为映射数据矩阵；利用遗传算法对映射数据矩阵对应的染色体种群进行优化计算，并产生更新的染色体种群；最后构建该更新染色体种群的最小模式集合，并将其作为该染色体种群的优化收敛条件，直到所述更新染色体种群的最小模式集合满足优化收敛条件。本发明考虑传感器节点的能量特性、连通特性和可靠特性，综合运用主成分分析法和遗传算法的优点降低优化迭代次数和提高算法计算效率，有助于降低高可靠低时延无线传感器网络中优化调度的计算复杂度。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种面向高可靠低时延无线传感器网络的优化方法。

背景技术

随着各种智能手机、车辆、家用电器等设备不断接入到无线网络，这导致无线通信网络中的设备数量达到前所未有的水平。从管理、标识、安全性、移动性等方面来讲，基础的网络操作需要支持网络扩展和设备数量增长，使得物联网的发展面临许多新的巨大挑战，尤其是对于高可靠低时延的物联网应用。高可靠低时延通信、增强型的移动宽带和海量连接的机器通信被国际电信联盟组织定义为下一代无线网络(Next-Generation,5G)的三个典型应用场景。

高可靠低时延无线传感器网络已经成为5G网络中的重要研究对象之一，同时提出更多的严格需求，例如高可靠性和低时延特性。高可靠低时延无线传感器网络的发展不仅需要优化已有的通信任务，例如接入网的信道访问和路由调度等，而且还要考虑到网络规模的不断扩展，例如设备节点加入或者离开无线网络系统。

在过去几年中，电子小型化的发展允许将通信能力集成到越来越多的不同类型设备中；反过来，这些不同电子技术的发展不仅增强现有的无线电技术，而且为增强无线传感器网络的通信能力进一步增添了新的动力，同时也促使其应用到新的用例和业务成为可能。相比传统的无线传感器网络，高可靠低时延无线传感器网络作为5G通信网络中新出现的应用场景，它提出了许多更严格的多元化需求，例如网络能量效率、连接性和可靠性等。这些新的更严格的应用需求为无线传感器网络的发展提出了更为复杂的新问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向高可靠低时延无线传感器网络的优化方法，以综合计算高可靠低时延无线传感器网络的能量效率、连接性和可靠性为基础，结合主成分分析法和遗传算法的不同特点，降低优化迭代次数和数据计算时间。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向高可靠低时延无线传感器网络的优化方法，包括以下步骤：

S1、建立关于无线传感器网络节点的染色体Sm及染色体种群S；

S2、构建对应的数据矩阵X，并获取数据矩阵X的改进数据矩阵

S3、利用主成分分析法分解该改进数据矩阵并转化为映射数据矩阵Z；

S4、利用遗传算法对映射数据矩阵Z对应的染色体种群进行优化计算，并将映射数据矩阵Z的行向量分别对应不同的染色体，并产生更新的染色体种群；

S5、构建该更新染色体种群的最小模式集合，并将该最小模式集合作为所述染色体种群的优化收敛条件；

S6、重复上述步骤直到所述更新染色体种群的最小模式集合满足所述优化收敛条件。

其中，在步骤S1中，建立关于无线传感器网络的传感器节点的染色体Sm及染色体种群S包括以下步骤：

S11、获取每个传感器节点的位置信息；

S12进行无线传感器网络初始化，并选出簇头节点；

S13、根据所述传感器节点的分簇关系建立染色体Sm；

S14、各不同的染色体构成染色体种群S。