[發(fā)明專利]一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910857368.2
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110705758B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂宏武;耿晗晗;王慧強(qiáng);馮光升;郭方方;李冰洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26;G06N3/12
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本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法，包括以下步驟：輸入水下環(huán)境三維立體圖、水下鹽度Y；隨機(jī)生成初始網(wǎng)元個數(shù)N，并對其進(jìn)行二進(jìn)制編碼，設(shè)置迭代次數(shù)、溫度閾值；調(diào)用量子遺傳算法根據(jù)水下環(huán)境三維立體圖計(jì)算N個網(wǎng)元的最佳布局方案及其覆蓋率P_C；以N個網(wǎng)元個數(shù)以及相應(yīng)最佳布局方案的網(wǎng)元覆蓋率P_C為參數(shù)計(jì)算計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)f(N,P_C,Y)；本方法將模擬退火算法和量子遺傳算法相結(jié)合，在保證水下環(huán)境中網(wǎng)元覆蓋率的同時優(yōu)化所需網(wǎng)元個數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法。

背景技術(shù)

隨著陸地資源的不斷消耗，海洋資源探測已迫在眉睫，所以水下網(wǎng)絡(luò)的布局具有較高研究意義。在復(fù)雜的水下環(huán)境中布置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的代價遠(yuǎn)大于在陸地布置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如何以最少的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個數(shù)布置出滿足要求的水下網(wǎng)絡(luò)是一個很有意義的研究課題。

本發(fā)明的研究問題可以分為兩個子問題，網(wǎng)元優(yōu)化布局問題和最少網(wǎng)元個數(shù)問題。

網(wǎng)元和傳感器優(yōu)化布局問題是一個NP類問題，目前的研究沒有辦法計(jì)算出最優(yōu)解，都停留在應(yīng)用啟發(fā)式算法尋找次優(yōu)解的程度。Han等人利用蟻群算法對網(wǎng)元進(jìn)行布局，主要將網(wǎng)元部署的成本和覆蓋作為布局目標(biāo)，但是在蟻群算法搜索的初期階段，存在的可用信息情況極少導(dǎo)致蟻群算法收斂速度緩慢。吳振宇等人利用人機(jī)結(jié)合的基于專家知識的全局優(yōu)化遺傳算法對土壤墑情傳感器進(jìn)行優(yōu)化布局(基于遺傳算法的土壤墑情傳感器優(yōu)化布局策略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(5).)，首先通過遺傳算法搜索全局最優(yōu)解，然后通過人機(jī)交互迭代修改參數(shù)搜索不同個數(shù)傳感器的全局最優(yōu)解，然后人工選擇最優(yōu)布局方案。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法。該方法以模擬退火算法流程為主體流程，把量子遺傳算法融入其中計(jì)算在特定網(wǎng)元個數(shù)的情況下的最優(yōu)布局，以供模擬退火算法的評價函數(shù)對該數(shù)量的網(wǎng)元布局情況進(jìn)行評價。該方法在計(jì)算過程中不需要人機(jī)交互去修改參數(shù)，而是利用模擬退火算法對網(wǎng)元個數(shù)進(jìn)行模擬退火，避免了因人工試探次數(shù)的不足導(dǎo)致獲取較差解決方案的可能，該方法能自動計(jì)算出滿足條件的最少網(wǎng)元個數(shù)及相應(yīng)最優(yōu)布局方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對水下網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域提出的一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法。旨在解決在給定水下環(huán)境中，對網(wǎng)元布局進(jìn)行優(yōu)化，從而保證較高網(wǎng)元覆蓋率的同時使用較少的網(wǎng)元個數(shù)。

一種面向水下網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元優(yōu)化布局方法，包括以下步驟：

(1)輸入水下環(huán)境三維立體圖、水下鹽度Y；

(2)隨機(jī)生成初始網(wǎng)元個數(shù)N，并對其進(jìn)行二進(jìn)制編碼，設(shè)置迭代次數(shù)、溫度閾值；調(diào)用量子遺傳算法根據(jù)水下環(huán)境三維立體圖計(jì)算N個網(wǎng)元的最佳布局方案及其覆蓋率P_C；

(3)以N個網(wǎng)元個數(shù)以及相應(yīng)最佳布局方案的網(wǎng)元覆蓋率P_C為參數(shù)計(jì)算計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)f(N,P_C,Y)；

(4)將當(dāng)前解N的二進(jìn)制串的全部或部分二進(jìn)制位進(jìn)行置換、互換產(chǎn)生新解N’；

(5)調(diào)用量子遺傳算法根據(jù)水下環(huán)境三維立體圖計(jì)算N’個網(wǎng)元的最佳布局方案及其覆蓋率P_C’；

(6)以N’個網(wǎng)元個數(shù)以及相應(yīng)最佳布局方案的網(wǎng)元覆蓋率P_C’為參數(shù)計(jì)算計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)f(N’,P_C’,Y)；

(7)計(jì)算當(dāng)前解N的適應(yīng)度函數(shù)值與新解N’適應(yīng)度函數(shù)解函數(shù)值之差△f＝f(N’,P_C’,Y)-f(N,P_C,Y)；

(8)按照Metropolis準(zhǔn)則接受新解為當(dāng)前解；