[发明专利]一种基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署方法

说明书

本发明提供一种基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署方法，涉及无线传感网络技术领域。包括：建立并初始化传感器网络；随机部署信息控制器节点；对信息控制器节点建立信道传输模型；构建优化目标函数；逐步移动信息控制器节点并进行寻优；确定信息控制器最优位置。本方法是一种分布式算法，制定了一个无约束优化问题，同时考虑信息控制器节点的覆盖率以及不同信息控制器之间的干扰率，对初始随机部署的信息控制器节点，在有限的移动步数后，能够收敛到局部最大值，实现最大化传感器节点覆盖率并最小化干扰效应，弥补了现有技术在实际应用中难以实现和实用性不强的问题，以及传感器节点的覆盖盲区问题和节点间的干扰问题的缺点。

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，具体涉及一种基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署方法。

背景技术

城市复杂结构管网是运行控制均为多目标的网状系统，其具有规模巨大、结构错综复杂、而且有随机性强的特点。近年来，随着城市复杂管网规模的发展壮大，管网系统的复杂性和多变性越来越突出，对管网正常运行的安全性和可靠性要求越来越高。如何有效的应对自然变化和社会发展，复杂管网的建设作为社会发展的重要组成部分，面临着管理和调度的严峻考验。使用现代化的管理手段，在管网系统中实现网络化监测，是势在必行的。

目前国内外基于无线传感网络检测技术的应用也有很多，主要是应用到了环境监测和野外设备监控方面。其中网络覆盖问题是研究无线传感器网络的基本问题之一。如何在最小化传感器成本的情况下对整个监测区域进行全覆盖，成为现如今的重要研究方向。目前大多数都着重于研究无线传感网络中移动节点的动态部署问题，造成资源浪费，易出现覆盖盲区，并且目前鲜有基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署的研究，因此亟待将WSAN技术应用在复杂管网中，设计相应的最优部署方法，实现信息控制器对无线传感器网络的传感器节点实时监控和目标定位，对提高管网的运行安全性具有重大意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署方法，以此实现对监测区域的传感器节点的最大化覆盖和最小干扰，实时对传感器节点进行监测。

为了实现上述目的，一种基于WSAN的复杂管网信息控制器优化部署方法，包括以下步骤：

步骤1：针对用于复杂管网S的无线传感器和信息控制器建立传感器网络，进行传感器网络初始化，所述信息控制器即为执行器；

步骤2：将复杂管网S离散成一组点p∈S，信息控制器节点P_i随机部署在复杂管网S监测区域内位于同一个高度水平面的点p上，即信息控制器节点P_i的投影必须在点p上，其中，i＝1，......，n，n为部署的信息控制器节点总数，且P_i∈p∈S；

步骤3：针对步骤2部署的信息控制器节点，计算传感器节点与信息控制器节点之间的信号传输概率以及路径损耗，建立信道传输模型；

步骤3.1：计算考虑无线信号的传感器节点p与信息控制器节点P_i之间的直视视线传输概率和非直视视线传输概率；

所述传感器节点p与信息控制器节点P_i之间的直视视线传输概率的计算公式如下：

其中，P_LoS(p，P_i)为传感器节点p与信息控制器节点P_i之间的直视视线传输概率，h为信息控制器节点相对传感器节点的高度，r(p，P_i)为传感器节点p与信息控制器节点P_i之间的地面距离，μ和v为常数；

所述传感器节点p与信息控制器节点P_i之间的非直视视线传输概率的计算公式如下：P_NLoS(P，P_i)＝1-P_LoS(p，P_i)；