專利名稱：一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由大量資源受限的傳感節(jié)點組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)，如何減少全網(wǎng)能耗延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是WSNs最先考慮的問題。拓撲控制是保證全網(wǎng)連通性和覆蓋度、合理消耗能量增加網(wǎng)絡(luò)生存時間的高效可行技術(shù)，而拓撲構(gòu)建則是拓撲控制的首要過程?；谔摂M主干網(wǎng)的通信方式是在保證網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下，最大化地節(jié)省能耗的一種有效的拓撲構(gòu)建方法。虛擬主干網(wǎng)本身為尋找原網(wǎng)絡(luò)圖的連通子集，即確保除主干網(wǎng)之外的其余節(jié)點至少找到主干網(wǎng)中的一個節(jié)點與之可以直接通信。 最小連通支配集(Minimum Connected Dominating Set, MCDS)的構(gòu)建是形成虛擬主干網(wǎng)，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)拓撲中大部分不必要節(jié)點，最終達到節(jié)省能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的主要途徑之一。求解此類問題的數(shù)學建模方式主要有以下幾種1)采用分而治之方法，將復雜的原MCDS問題劃分成兩個子問題，基于線性規(guī)劃方法建模，在第一步求解原圖的最小支配集的基礎(chǔ)上，運用分布式算法尋找其生成樹并形成最終的MCDS最優(yōu)解。2)將原有的MCDS問題轉(zhuǎn)化成最小頂點裁割問題，給出整數(shù)規(guī)劃模型，通過連通支配集必須滿足的兩個限制條件(節(jié)點裁割和鄰居連通)以及可增加的約束產(chǎn)生機制，以線性方式迭代執(zhí)行，直至遇到MCDS的最優(yōu)解。3)采用令牌流技術(shù)，以最小化網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)的令牌數(shù)為目標函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上建立混合整數(shù)規(guī)劃模型求解MCDS構(gòu)建問題。這三種數(shù)學方法雖然解決了 MCDS的構(gòu)建問題，但其求解結(jié)果是其子集最優(yōu)解，趨近于MCDS的最優(yōu)解，而非其整體最優(yōu)解。因此，結(jié)合預處理過程、結(jié)構(gòu)規(guī)模和能耗因素等問題，迫切需要一種更優(yōu)的方法求解拓撲構(gòu)建問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法的處理過程復雜、結(jié)構(gòu)規(guī)模較大、能量消耗較大、網(wǎng)絡(luò)生命周期較短的不足，本發(fā)明提供一種無需任何預處理過程、結(jié)構(gòu)規(guī)模較小、能量消耗較小、網(wǎng)絡(luò)生命周期較長的基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，所述構(gòu)建方法包括以下步驟I)首先，將任意網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下尋找無線傳感網(wǎng)的最優(yōu)虛擬主干網(wǎng)問題抽象轉(zhuǎn)化成無線傳感網(wǎng)的最小連通支配集問題；2)定義令牌流，確定以令牌分發(fā)數(shù)與節(jié)點能耗乘積為目標的優(yōu)化函數(shù)，
權(quán)利要求
1.一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其特征在于所述構(gòu)建方法包括以下步驟 1)首先，將任意網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下尋找無線傳感網(wǎng)的最優(yōu)虛擬主干網(wǎng)問題抽象轉(zhuǎn)化成無線傳感網(wǎng)的最小連通支配集問題； 2)定義令牌流，確定以令牌分發(fā)數(shù)與節(jié)點能耗乘積為目標的優(yōu)化函數(shù)，
2.如權(quán)利要求I所述的基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其特征在于在所述步驟3)中，構(gòu)建支配約束集，其過程為
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其特征在于在所述步驟4)中，構(gòu)建支配生成樹約束集，其定義構(gòu)建過程為
4.如權(quán)利要求I或2所述的基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其特征在于在所述步驟I)中，考慮對節(jié)點能耗的約束
全文摘要
一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，包括以下步驟1)首先，將任意網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下尋找無線傳感網(wǎng)的最優(yōu)虛擬主干網(wǎng)問題抽象轉(zhuǎn)化成無線傳感網(wǎng)的最小連通支配集問題；2)定義令牌流，確定以令牌分發(fā)數(shù)與節(jié)點能耗乘積為目標的優(yōu)化函數(shù)，得出當前無線傳感網(wǎng)中支配其他所有節(jié)點的最小生成樹；3)構(gòu)建支配約束集規(guī)定每個節(jié)點必須至少有一個支配作為其鄰居節(jié)點；4)構(gòu)建生成樹約束集定義生成樹約束集保證了最終的拓撲結(jié)構(gòu)的連通性，構(gòu)建生成樹約束集則需要滿足所述令牌流的規(guī)則。本發(fā)明無需任何預處理過程、結(jié)構(gòu)規(guī)模較小、能量消耗較小、網(wǎng)絡(luò)生命周期較長。
文檔編號H04W84/18GK102802163SQ20121026171
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者洪榛, 李喜樂, 陳本永 申請人:浙江理工大學