基于演化博弈论的无线传感网监测节点分群算法

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于演化博弈论的无线传感网监测节点分群算法　　摘要：针对大规模无线传感器网络多辐射源定位中，辐射源公共覆盖范围内监测节点能耗过高造成网络寿命降低的问题，提出一种基于演化博弈理论的传感网监测节点分群算法。通过将最优节点集的搜索空间映射到博弈的策略组合空间，以博弈的效用函数为目标函数构建了非合作博弈模型；利用纳什均衡分析及均衡的扰动恢复过程实现目标优化；设计了分群算法以优化

2、节点集组成相应的群参与最终的定位。以接收信号强度指示/信号到达时间差两轮定位为例，将该算法与典型的最近邻算法、基于离散粒子群优化的分群算法在定位精度和网络寿命方面作对比。仿真结果表明，该分群算法避免了多辐射源公共覆盖区域内节点能耗较高的问题，延长了网络寿命，同时保证了对辐射源的定位。　　关键词：无线传感器网络；多辐射源定位；分群算法；演化博弈论；纳什均衡；网络寿命；定位精度　　中图分类号：　　文献标志码：A　　0引言为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行

3、安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　随着微机电技术与无线通信技术的迅猛发展，无线传感器网络被广泛应用于环境监测、智能家居、空间探索以及目标定位跟踪等领域[1]。特别是网络的分布式信息处理、抗毁性强、快速展开等特点，使得WSN成为辐射源定位的有效手段和方法[2-4]。与传统的单节点定位方法相比较，基于WSN的分布式辐射源定位方法具有定位精度高、廉价

4、、可靠以及隐蔽性强等优势。网络化监测的另一优势是同时实现多辐射源定位，但是当监测区域内出现多个辐射源节点且各辐射源节点具有公共覆盖区时，如何对监测节点进行分群实现网络能耗与定位精度整体最优，同时避免多辐射源公共覆盖范围内节点能耗增加，是实现多辐射源定位的核心问题之一。　　在现有的面向定位的无线传感器网络分群算法研究中，对于多辐射源定位的应用，特别是辐射源节点之间的覆盖区域存在交叠时，一个监测节点可能监测到多个辐射源的辐射信号，致使其能耗消耗过快，出现过早死亡，从而影响网络的寿命。为保证节点的能耗均衡以及尽可能地延长网络的寿命，应当尽量避免多辐射

5、源公共覆盖区域内的节点同时服务于多个辐射源的定位。在文献[5-8]等相关文献中给出了相应的弹性神经网络算法、改进粒子群算法等来优化多辐射源定位中公共区域内的节点服务于多个辐射源定位的情况。然而，在上述方法中没有考虑参与定位节点的个数以及监测节点相对于辐射源的位置对定位精度的影响，仅简单地将参与定位的节点个数定为3个，选择距离辐射源位置较近的节点参与定位。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保

6、“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　但是，基于多点联合定位的定位精度与监测节点的分布有密切的关系[9]，优化选取合适位置的节点组成群将有助于提高对辐射源的定位精度。文献[10]给出了一种基于离散粒子群优化的分群算法，虽然在最优节点集选取的过程中考虑了节点的几何分布对定位精度的影响，但是该分群算法针对的是单辐射源情况，未考虑多辐射源情况下公共区域内节点能耗较高的问题。　　在WSN中，监测节点通常随机大规模地布设

7、在监测区域内，在多辐射源个数已知的情况下，如何进行分群在避免多辐射源公共覆盖区域内节点能耗较高、延长网络寿命的同时为定位提供服务是本文所要研究问题的关键。　　本文针对WSN中多辐射源公共覆盖区域内的节点能耗较高的问题，基于演化博弈论提出了一种面向多辐射源定位的分群算法。首先，建立了问题的数学模型，并将求解的问题模型映射到博弈的模型空间；然后，利用演化博弈论方法求解出全局最优节点集；最后，对最优节点集内的节点再次利用博弈论方法进行群首选取，最终实现了面向多辐射源定位的分群算法。仿真结果表明，该方法在保证对辐射源的定位精度的同时避免了多辐射源覆盖区

8、域内节点能耗较高的问题，延长了网络寿命。　　1问题描述为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统