[發明專利]一種基于交流SCE-PSO算法的無線傳感器網絡節點三維定位方法

有效

• 申請號: 201710988425.1
• 申請日: 2017-10-21
• 公開（公告）號: CN107613561B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 劉偉;李卓;楊曉斐;劉亞榮;楊麗燕
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于交流SCE-PSO算法的無線傳感器網絡節點三維定位方法，其特征在于：通過在SCE-PSO算法中的粒子速度更新過程中引入各個復合形之間的信息交流，提出了一種新的算法交流SCE-PSO算法；與SCE-PSO算法相比，在搜索的過程中，交流SCE-PSO算法中的粒子能夠獲取更多的信息，從而可以加快收斂速度，提高解的質量；而且交流SCE-PSO算法也繼承了SCE-PSO算法的優點，其受優化問題維數的影響較小；通過定義一個無線傳感器網絡節點三維定位的目標函數，將無線傳感器網絡節點的三維定位問題轉化為無約束優化問題，再利用提出的交流SCE-PSO算法求解該無約束優化問題，所求出的解就是無線傳感器網絡節點三維坐標的估計值；

該方法包括以下步驟：

步驟1：尋找可定位的未知節點；

步驟2：通過無線信道模型估計未知節點與錨節點之間的距離；

步驟3：寫出無線傳感器網絡節點三維定位的目標函數，將節點定位估計問題轉換為無約束優化問題；

步驟4：用交流SCE-PSO算法求解該無約束優化問題，求出無線傳感器網絡節點三維坐標的估計值；

交流SCE-PSO算法的具體求解步驟為：

步驟1選取參與進化的復合形個數p(p≥1)和每個復合形所包含的頂點數目m(m≥n+1,n為問題的維數)，并計算樣本點數目s＝p×m；

步驟2在可行域內隨機產生s個樣本點x₁，x₂，…，x_s，分別計算每一個點x_i的函數值f_i＝f(x_i)，i＝1，2，…，s；

步驟3把s個樣本點(x_i，f_i)按照函數值的升序排列，排序后仍記為(x_i，f_i)，i＝1，2，…，s，也就是f₁≤f₂≤…≤f_s，記D＝{(x_i，f_i)，i＝1，2，…，s}；

步驟4將D劃分為p個復合形A¹，A²，…，A^p，每個復合形含有m個點，其中

步驟5采用改進的粒子群算法分別進化每一個復合形；

步驟6把進化后的每個復合形的所有頂點組合成新的點集，再次按函數值f_i的升序排列，排序后仍記為D，對D按目標函數的升序進行排列；

步驟7判斷是否滿足收斂條件，如果滿足則停止迭代，此時具有最小函數值的粒子的位置就是問題的解，否則回到步驟4；

其中，步驟5中的改進粒子群算法進化復合形的步驟為：

步驟1將復合形的每個頂點看作一個粒子，初始化各參數，包括加速常數c₁、c₂和c₃，最大迭代次數T_max，粒子的速度范圍[v_min,v_max]，慣性權重的范圍[w_min,w_max]；

步驟2將迭代次數設置為t＝1，i＝1,2,…,m；d＝1,2,3；其中，在網絡區域范圍內，

步驟3將作為每個粒子的最佳位置p_id，用目標函數計算每個粒子的最佳適應度值h_i，將每個復合形中h_i的最小值作為復合形內部最佳適應度值g，并記錄下具有g的粒子的位置g_d，將所有粒子中的h_i最小值作為全局最佳適應度值e，并記錄下具有e的粒子的位置e_d；

步驟4評價每一個粒子，用目標函數計算每個粒子的適應度值對的粒子，令并將具有的粒子位置作為p_id的位置；再求出每個復合形中的最小值g^t，如果g^t<g，令g＝g^t，并將具有g^t的粒子位置作為g_d的位置；最后求出所有粒子中的h_i最小值e^t，如果e^t<e，令e＝e^t，并將具有e^t的粒子位置作為e_d的位置；

步驟5分別根據公式(1)、公式(2)和公式(3)更新慣性權重w、粒子的速度v_id和粒子的位置x_id；

其中，r₁、r₂和r₃是在[0,1]區間上服從均勻分布的隨機數；

步驟6讓迭代次數t＝t+1，然后檢驗t是否小于T_max，若條件滿足轉入步驟4，否則，算法停止。