[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSN三維覆蓋增強(qiáng)方法

有效

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• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN112469050B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙小強(qiáng);高傳義;崔硯鵬;郭錚;高強(qiáng);鮑泰宇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安郵電大學(xué);西安碧海藍(lán)天電子信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04W16/26
• 分類號: H04W16/26;H04W84/18
• 代理公司: 西安佳士成專利代理事務(wù)所合伙企業(yè)(普通合伙) 61243
• 代理人: 李丹

本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSN三維覆蓋增強(qiáng)方法，通過步驟三的權(quán)重計(jì)算公式，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)最豐富的α狼的貢獻(xiàn)度，使狼群的狩獵過程更加精準(zhǔn)；針對經(jīng)典灰狼算法前期的全局搜索性能較差的缺陷，本發(fā)明通過定義步驟四所述的動態(tài)收斂因子，在不犧牲算法復(fù)雜度的同時加強(qiáng)了算法的全局尋優(yōu)能力；針對經(jīng)典虛擬力算法存在的覆蓋率門限，本發(fā)明通過定義步驟四所述的動態(tài)步進(jìn)公式，使算法在前期尋優(yōu)速度更快，后期的收斂位置更精準(zhǔn)。針對經(jīng)典灰狼算法前期尋優(yōu)速度較慢的缺陷，通過在步驟四所述的狼群位置更新公式中引入虛擬力因子，加強(qiáng)了算法全局搜索過程的最優(yōu)導(dǎo)向性，提高了算法的收斂速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及灰狼優(yōu)化器改進(jìn)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSN三維覆蓋增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由分布式傳感器組成，面向多節(jié)點(diǎn)、多任務(wù)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化覆蓋的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)指定區(qū)域內(nèi)的無間隙完全覆蓋，然而在應(yīng)用過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)大多采用隨機(jī)拋灑的部署方式，由于部署位置隨機(jī)，難以有效覆蓋待監(jiān)測區(qū)域，從而影響網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控能力。

因此，需要對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整部署，通過執(zhí)行覆蓋優(yōu)化算法的方式，完成各傳感器節(jié)點(diǎn)的二次移動，以便于提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

目前，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化問題的研究普遍聚焦于二維監(jiān)測區(qū)域，但對二維區(qū)域的監(jiān)測已不足以滿足諸多現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的需求，如在海洋中布置雷達(dá)以監(jiān)測魚群的活動、在大氣中探測候鳥遷移和環(huán)境變化對人類生產(chǎn)的影響等，因此無線傳感器在三維環(huán)境中的應(yīng)用研究也具有十分重要的價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSN三維覆蓋增強(qiáng)方法。以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的有效覆蓋率為優(yōu)化目標(biāo)，將虛擬力作為影響因子，引入到基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的覆蓋增強(qiáng)方法中，在提高算法收斂速度的同時增強(qiáng)了全局優(yōu)化能力。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSN三維覆蓋增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟一、對三維監(jiān)測區(qū)域、傳感器參數(shù)、狼群參數(shù)及傳感器的感知模型進(jìn)行初始化，對三維監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行立方體網(wǎng)格劃分；

步驟二、通過適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算傳感器的網(wǎng)格覆蓋率，分別選取α狼、β狼、δ狼；

步驟三、對標(biāo)準(zhǔn)灰狼算法中獵物位置的計(jì)算公式進(jìn)行改進(jìn)，通過下述公式1計(jì)算出獵物的位置；

改進(jìn)的灰狼算法中獵物位置的計(jì)算公式如下：

X_p^t＝ω₁×X_α^t+ω₂×X_β^t+ω₃×X_δ^t 公式1

其中，X_p^t代表獵物的位置，ω₁、ω₂、ω₃分別代表α狼、β狼、δ狼在狩獵過程中的權(quán)重，計(jì)算公式如下述公式2所示：

步驟四、更新狼群位置；

步驟五、判斷是否滿足算法終止的條件一，若滿足，則覆蓋任務(wù)完成，輸出獵物坐標(biāo)，算法結(jié)束；否則進(jìn)行步驟六；所述條件一為網(wǎng)絡(luò)覆蓋率超過閾值；

步驟六、判斷是否滿足算法終止的條件二，若滿足，則覆蓋任務(wù)完成，算法結(jié)束，輸出獵物坐標(biāo)；否則進(jìn)行步驟二；所述條件二為當(dāng)前迭代次數(shù)超過閾值；

步驟七、移動傳感器節(jié)點(diǎn)。