專利名稱：一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，尤其是一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，屬于無線傳感技術(shù)與智能的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和研究，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的無線網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為物理世界信息的采集、處理和傳輸?shù)募夹g(shù)手段受到各個(gè)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信完成目標(biāo)監(jiān)測(cè)和信息獲取的任務(wù)。為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性、減少資源浪費(fèi)、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行測(cè)量，了解監(jiān)測(cè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況，以便重新調(diào)整傳感器節(jié)點(diǎn)分布，把有限的節(jié)點(diǎn)覆蓋到整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，以最大化網(wǎng)絡(luò)性能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋優(yōu)化問題是指在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量、無線網(wǎng)絡(luò)通信帶寬、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算處理能力等資源普遍受限情況下，如何通過網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)放置以及路由選擇等手段，最終使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種資源得到優(yōu)化分配，進(jìn)而使感知、監(jiān)視、傳感、通信等各種服務(wù)質(zhì)量得到改善。為了達(dá)到預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率要求，傳統(tǒng)的方法是大規(guī)模部署靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，過多的節(jié)點(diǎn)容易引起通信沖突。利用移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)可以克服這一缺點(diǎn)，但考慮到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的成本問題，如何根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境需要，優(yōu)化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置，并使用有限的節(jié)點(diǎn)到達(dá)最大的覆蓋范圍，就成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)基本但亟待解決的問題。近年來，學(xué)者們將覆蓋控制問題與優(yōu)化算法結(jié)合提出了一些智能優(yōu)化算法，如移動(dòng)節(jié)點(diǎn)最大覆蓋范圍方法、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，基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)最大覆蓋范圍的方法缺乏全局優(yōu)化能力；遺傳算法計(jì)算量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、收斂速度較慢；基本粒子群算法在空間搜索時(shí)，容易陷入“早熟”現(xiàn)象，影響覆蓋優(yōu)化效果；基本模擬退火算法的局限性在于它對(duì)己試探的空間區(qū)域所知不多，不能利用己試探過的區(qū)域引導(dǎo)搜索。此外，上述算法都缺乏對(duì)初始參數(shù)選取的魯棒性，這些參數(shù)的選取是否恰當(dāng)會(huì)極大地影響全局優(yōu)化能力。因此，有必要建立一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用多點(diǎn)測(cè)試間的信息，綜合考慮計(jì)算復(fù)雜度、快速收斂性、高效搜索能力、全局性等方面的切實(shí)可行的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋優(yōu)化算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，其操作方便，計(jì)算復(fù)雜度低，具有高效搜索和全局搜索的能力，能達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳空間覆蓋的效果。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，其特征是，所述無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法包括如下步驟1、隨機(jī)生成由m個(gè)粒子組成的初始搜索群體{S1(1，L，Sj，每一個(gè)粒子代表一種N 個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)位置分布方案；N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布于二維平面監(jiān)測(cè)區(qū)域Q內(nèi)，將二維平面監(jiān)測(cè)區(qū)域Q數(shù)字離散化為aXb個(gè)格點(diǎn)；設(shè)第i個(gè)粒子對(duì)應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的初始分布為 Sitl，確定初始溫度^和內(nèi)循環(huán)的迭代次數(shù)K，初始迭代計(jì)數(shù)k = 0，降溫的外循環(huán)開始，外循環(huán)初始迭代計(jì)數(shù)t = 0 ；2、利用公式
權(quán)利要求
1.一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，其特征是，所述無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法包括如下步驟(1)、隨機(jī)生成由m個(gè)粒子組成的初始搜索群體{S1(l，L，SJ，每一個(gè)粒子代表一種N個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)位置分布方案；N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布于二維平面監(jiān)測(cè)區(qū)域Q內(nèi)，將二維平面監(jiān)測(cè)區(qū)域Q數(shù)字離散化為aXb個(gè)格點(diǎn)；設(shè)第i個(gè)粒子對(duì)應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的初始分布為Sw, 確定初始溫度G和內(nèi)循環(huán)的迭代次數(shù)K，初始迭代計(jì)數(shù)k = 0，降溫的外循環(huán)開始，外循環(huán)初始迭代計(jì)數(shù)t = 0 ；O)、利用公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，其特征是所述步驟⑷中，α G
是用來調(diào)整巧4)和慫i)權(quán)重的隨機(jī)參數(shù)， 巧⑷和慫⑷的計(jì)算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，其特征是所述外循環(huán)的降火策略為^, =0.977。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于耦合模擬退火算法的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法，將區(qū)域覆蓋率的問題轉(zhuǎn)換為點(diǎn)覆蓋問題，對(duì)傳感區(qū)域的節(jié)點(diǎn)覆蓋分布構(gòu)建不同初始點(diǎn)但相互耦合的搜索粒子，以搜索粒子的區(qū)域覆蓋率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，每個(gè)粒子并行地進(jìn)行模擬退火過程，這些模擬退火過程通過一個(gè)接收概率函數(shù)相互耦合，退火過程中借助Metropolis準(zhǔn)則選擇性地接受每個(gè)粒子的新狀態(tài)，并充分利用己試探過的區(qū)域引導(dǎo)搜索群體跳出局部最優(yōu)；接收概率函數(shù)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(yōu)化搜索效率和性能，避免算法早熟收斂，增強(qiáng)了算法的全局搜索能力，并彌補(bǔ)了基本模擬退火算法對(duì)初始參數(shù)選取魯棒性差的缺點(diǎn)，從而能實(shí)現(xiàn)協(xié)同化和智能化地探索空間區(qū)域。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102547766SQ20121003848
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者葉倩, 崔寶同, 樓旭陽 申請(qǐng)人:江南大學(xué)