[發明專利]一種用于優化無線傳感器網絡拓撲的多種群協同進化方法

有效

• 申請號: 201710003618.7
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106789320B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 邱鐵;韓敏;劉杰;陳寧
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W24/04;H04W84/18
• 代理公司: 21208 大連星海專利事務所有限公司
• 代理人: 裴毓英

1.一種用于優化無線傳感器網絡拓撲的多種群協同進化方法，其特征在于，包括以下過程：

步驟100，基于初始無標度無線傳感網絡拓撲產生種群個體基于初始無標度無線傳感網絡的源拓撲產生種群個體；源拓撲的所有節點的地理位置固定，在整個變換過程中，節點的地理位置信息不在更改，默認節點的通信范圍為半徑為R的圓形區域，任何兩個節點的拓撲連接都不能超過通信范圍；

步驟200，根據從種群中選擇出來的父母個體，進行交叉算子操作，從而產生新的子代，包括以下子步驟：

步驟201，假設G_f和G_m分別是父親拓撲和母親拓撲，G_s和G_d分別是兒子拓撲和女兒拓撲；首先我們通過交叉算子概率P_c來選出父母親拓撲，然后G_s繼承父親拓撲G_f，G_d繼承母親拓撲，然后獲得如下邊的集合：

在上述公式中，表示父親拓撲邊的集合，表示母親拓撲邊的集合，E_f和E_m分別是父親獨有邊的集合和母親獨有邊的集合，即只在父母某一方中有而在另一個父母中沒有的邊；這樣，E_f與E_m是完全不同的，因為節點在初始時刻位置已經固定，所以如果一條邊在父親獨有邊E_f中存在，那么這條邊也能在女兒拓撲G_d中重新構建；

步驟202，在保證初始度不變的前提下，兒子拓撲通過拆斷其已有的邊來構建母親拓撲每一條獨有的邊，女兒拓撲通過拆斷其已有的邊來構建父親拓撲每一條獨有的邊；

步驟300，根據從種群中選擇出來的個體，進行變異算子操作，包括以下子步驟：

步驟301，針對變異算子選擇的邊，進行度相似節點重新連邊操作，首先針對變異算子選出來的兩條邊，判斷兩條邊四個節點是否在彼此的通信范圍，以此來保證換邊操作之后新連接的邊是可以存在的；

步驟302，度排序換邊策略：針對選出的e_ij和e_kl，度排序換邊策略定義如下：

在公式(5)中，d_i、d_j、d_k、d_l分別為node i、node j、node k和node l的度，將node i、nodej、node k和node l按照度值排序，由大到小依次為d₁、d₂、d₃、d₄；

步驟303，交換閾值P_sort控制度差減小比例；如果公式(5)的比較結果為真，則采取度值最大的兩個節點相連接，度值最小的兩個節點相連接，此時根據d₁、d₂、d₃、d₄的順序重新構造四個點的連接關系，有兩種候選連接方式，圖5(b)表示node i和node l相連，node j和node k相連；圖5(c)表示node i和node k相連，node j和node l相連；

步驟400，通過計算網絡遭受惡意攻擊之后極大聯通子圖的節點數目占據整個網絡的比例來描述網絡的連通性，從而評估網絡在惡意攻擊之后的性能；適應度函數定義如下：

在公式(6)中，n的取值從1到第N，MCS(n)表示拿掉第n個節點后剩余拓撲中最大聯通子圖節點數目；公式前面的1/N是做了歸一化處理，保證不同規模的網絡之間可以相互比較，f(G)的值是定義在(0,0.5]之間的；在全連接網絡中，依次拿掉度最大的節點，剩余網絡仍是全連接的，最后整個公式的值為0.5；而在星型網絡中，如果拿掉度最大的節點，網絡剩余節點立刻變成孤立節點，此時的f(G)值為1/N+1，當N趨近無窮大時，f(G)的值趨近于0；在種群進化的每一代用適應度函數f(G)進行篩選，選擇較優的個體將納入下一代，引導整個種群朝著抵御惡意攻擊魯棒性高的方向進化。