一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法
2023-10-07 17:05:59
專利名稱：一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法
技術領域：
本發明涉及一種無線網絡覆蓋優化方法，尤其是一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，屬於無線傳感技術與智能的技術領域。
背景技術：
隨著傳感器網絡技術的發展和研究，以無線傳感器網絡技術為核心的無線網絡成為當前在國際上備受關注的前沿熱點研究領域。無線傳感器網絡系統作為物理世界信息的採集、處理和傳輸的技術手段受到各個領域研究機構的高度關注。無線傳感器網絡由部署在監測區域內大量廉價的微型傳感器節點組成，通過無線通信完成目標監測和信息獲取的任務。為了保證測量數據的可靠性、減少資源浪費、延長網絡壽命，需要對網絡覆蓋進行測量，了解監測區域的網絡覆蓋狀況，以便重新調整傳感器節點分布，把有限的節點覆蓋到整個監測區域，以最大化網絡性能。無線傳感器網絡的覆蓋優化問題是指在傳感器網絡節點能量、無線網絡通信帶寬、網絡計算處理能力等資源普遍受限情況下，如何通過網絡傳感器節點放置以及路由選擇等手段，最終使無線傳感器網絡的各種資源得到優化分配，進而使感知、監視、傳感、通信等各種服務質量得到改善。為了達到預期的網絡覆蓋率要求，傳統的方法是大規模部署靜態節點，過多的節點容易引起通信衝突。利用移動傳感器節點可以克服這一缺點，但考慮到移動節點的成本問題，如何根據不同的應用環境需要，優化移動節點位置，並使用有限的節點到達最大的覆蓋範圍，就成了無線傳感器網絡中一個基本但亟待解決的問題。近年來，學者們將覆蓋控制問題與優化算法結合提出了一些智能優化算法，如移動節點最大覆蓋範圍方法、粒子群算法、遺傳算法、基本模擬退火算法等，這些方法均能夠提高覆蓋率，但是，基於移動節點最大覆蓋範圍的方法缺乏全局優化能力；遺傳算法計算量較大、結構複雜、收斂速度較慢；基本粒子群算法在空間搜索時，容易陷入「早熟」現象，影響覆蓋優化效果；基本模擬退火算法的局限性在於它對己試探的空間區域所知不多，不能利用己試探過的區域引導搜索。此外，上述算法都缺乏對初始參數選取的魯棒性，這些參數的選取是否恰當會極大地影響全局優化能力。因此，有必要建立一種結構簡單，充分利用多點測試間的信息，綜合考慮計算複雜度、快速收斂性、高效搜索能力、全局性等方面的切實可行的無線傳感器網絡節點覆蓋優化算法。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，其操作方便，計算複雜度低，具有高效搜索和全局搜索的能力，能達到實現最佳空間覆蓋的效果。按照本發明提供的技術方案，一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，其特徵是，所述無線網絡覆蓋優化方法包括如下步驟1、隨機生成由m個粒子組成的初始搜索群體{S1(1，L，Sj，每一個粒子代表一種N 個傳感節點位置分布方案；N個傳感器節點分布於二維平面監測區域Q內，將二維平面監測區域Q數字離散化為aXb個格點；設第i個粒子對應無線傳感器網絡節點的初始分布為 Sitl，確定初始溫度^和內循環的迭代次數K，初始迭代計數k = 0，降溫的外循環開始，外循環初始迭代計數t = 0 ；2、利用公式
權利要求
1.一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，其特徵是，所述無線網絡覆蓋優化方法包括如下步驟(1)、隨機生成由m個粒子組成的初始搜索群體{S1(l，L，SJ，每一個粒子代表一種N個傳感節點位置分布方案；N個傳感器節點分布於二維平面監測區域Q內，將二維平面監測區域Q數字離散化為aXb個格點；設第i個粒子對應無線傳感器網絡節點的初始分布為Sw, 確定初始溫度G和內循環的迭代次數K，初始迭代計數k = 0，降溫的外循環開始，外循環初始迭代計數t = 0 ；O)、利用公式
2.根據權利要求1所述的基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，其特徵是所述步驟⑷中，α G
是用來調整巧4)和慫i)權重的隨機參數， 巧⑷和慫⑷的計算公式為
3.根據權利要求1所述的基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，其特徵是所述外循環的降火策略為^, =0.977。
全文摘要
本發明公開了一種基於耦合模擬退火算法的無線網絡覆蓋優化方法，將區域覆蓋率的問題轉換為點覆蓋問題，對傳感區域的節點覆蓋分布構建不同初始點但相互耦合的搜索粒子，以搜索粒子的區域覆蓋率為優化目標函數，每個粒子並行地進行模擬退火過程，這些模擬退火過程通過一個接收概率函數相互耦合，退火過程中藉助Metropolis準則選擇性地接受每個粒子的新狀態，並充分利用己試探過的區域引導搜索群體跳出局部最優；接收概率函數充分利用了搜索過程粒子間的演化信息，從而大大提高了優化搜索效率和性能，避免算法早熟收斂，增強了算法的全局搜索能力，並彌補了基本模擬退火算法對初始參數選取魯棒性差的缺點，從而能實現協同化和智能化地探索空間區域。
文檔編號H04W84/18GK102547766SQ20121003848
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者葉倩, 崔寶同, 樓旭陽 申請人:江南大學