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

發明內容
為了克服已有無線傳感網拓撲構建方法的處理過程復雜、結構規模較大、能量消耗較大、網絡生命周期較短的不足，本發明提供一種無需任何預處理過程、結構規模較小、能量消耗較小、網絡生命周期較長的基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，所述構建方法包括以下步驟I)首先，將任意網絡環境下尋找無線傳感網的最優虛擬主干網問題抽象轉化成無線傳感網的最小連通支配集問題；2)定義令牌流，確定以令牌分發數與節點能耗乘積為目標的優化函數，
權利要求
1.一種基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，其特征在于所述構建方法包括以下步驟 1)首先，將任意網絡環境下尋找無線傳感網的最優虛擬主干網問題抽象轉化成無線傳感網的最小連通支配集問題； 2)定義令牌流，確定以令牌分發數與節點能耗乘積為目標的優化函數，
2.如權利要求I所述的基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，其特征在于在所述步驟3)中，構建支配約束集，其過程為
3.如權利要求I或2所述的基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，其特征在于在所述步驟4)中，構建支配生成樹約束集，其定義構建過程為
4.如權利要求I或2所述的基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，其特征在于在所述步驟I)中，考慮對節點能耗的約束
全文摘要
一種基于混合整數規劃的無線傳感網拓撲構建方法，包括以下步驟1)首先，將任意網絡環境下尋找無線傳感網的最優虛擬主干網問題抽象轉化成無線傳感網的最小連通支配集問題；2)定義令牌流，確定以令牌分發數與節點能耗乘積為目標的優化函數，得出當前無線傳感網中支配其他所有節點的最小生成樹；3)構建支配約束集規定每個節點必須至少有一個支配作為其鄰居節點；4)構建生成樹約束集定義生成樹約束集保證了最終的拓撲結構的連通性，構建生成樹約束集則需要滿足所述令牌流的規則。本發明無需任何預處理過程、結構規模較小、能量消耗較小、網絡生命周期較長。
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 優先權日2012年7月26日
發明者洪榛, 李喜樂, 陳本永 申請人:浙江理工大學