[發(fā)明專利]一種移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋連通方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110556350.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113163429B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;孫水發(fā);唐庭龍;崔文超;龔國(guó)強(qiáng);汪方毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W84/18;G06N3/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

1.一種移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋連通方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)感知模型；

步驟2：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋連通模型；

步驟3：最優(yōu)化移動(dòng)無線自組網(wǎng)的覆蓋率和連通性；

步驟1包括：所述移動(dòng)無線自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)感知模型包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)，設(shè)定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通信半徑為r，中繼節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R；移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域就是以各自位置為中心、通信半徑為半徑的圓形區(qū)域；

步驟2包括：

步驟2.1：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋率函數(shù)；

步驟2.2：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋率函數(shù)連通性函數(shù)；

步驟2.3：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋連通模型F(X)；

步驟2.1包括：將監(jiān)測(cè)區(qū)域離散網(wǎng)格化；計(jì)算所有處于工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)感知的網(wǎng)格總數(shù)其中，i＝1,2,…,N，N為工作節(jié)點(diǎn)數(shù)量，為每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)感知的網(wǎng)格數(shù)，計(jì)算出整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的網(wǎng)格總數(shù)G_total，建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋率函數(shù)CR為：

步驟2.2包括：計(jì)算所有工作節(jié)點(diǎn)之間的距離，記為距離矩陣D；判斷距離矩陣D中每個(gè)元素與節(jié)點(diǎn)通信半徑r的大小關(guān)系，以此建立處于工作狀態(tài)節(jié)點(diǎn)間的連通狀態(tài)，即連通矩陣L，記d_ij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的距離，l_ij如式(2)所示：

參數(shù)l_ij用于判斷節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j是否連通，如果是則l_ij為1，否則l_ij為0；

移動(dòng)無線自組網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)具有連通性必須滿足如下兩個(gè)條件：

條件1：Rank(L)＝N；

條件2：Sum(L)≥2(N-1)；

Sum(L)表示連通矩陣L中的所有元素的和；

條件1表示連通矩陣L的秩為N，保證任意節(jié)點(diǎn)都有與之通信的節(jié)點(diǎn)存在；條件2表示連通矩陣所有元素的和大于等于2(N-1)，保證任意節(jié)點(diǎn)至少存在另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠與之通信；

為此，建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋率函數(shù)連通性函數(shù)C為：

max C＝max Rank(L) (3)

式中，Rank為求秩函數(shù)；

步驟2.3包括：建立移動(dòng)無線自組網(wǎng)覆蓋連通模型F(X)為：

F(X)＝max[CR(X),C(X)] (5)

式中，X＝[x₁,x₂,…,x_N]為N維變量，x_i＝[lx_i,ly_i]為第i個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的二維平面位置坐標(biāo)，lx_i,ly_i分別表示第i個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的二維平面橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；

步驟3包括：

步驟3.1：設(shè)置初始參數(shù)，包括離子種群的規(guī)模P最大進(jìn)化迭代次數(shù)G_max；

步驟3.2：隨機(jī)生成初始化離子種群X₁,…,X_i,…,X_P，X_i＝[x₁,…,x_j,…,x_N]，x_j＝[lx_j,ly_j]為第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，X_P表示離子種群中的第P個(gè)離子；將離子種群一分為二，即為陰離子種群和陽(yáng)離子種群；計(jì)算每個(gè)離子的目標(biāo)函數(shù)值F(X_i)＝[CR(X_i),C(X_i)]，將目標(biāo)函數(shù)值轉(zhuǎn)為適應(yīng)度值：

E＝w₁×CR+w₂×C (6)

其中，E為離子的適應(yīng)度值，w₁和w₂為權(quán)重參數(shù)；

步驟3.3：進(jìn)行基于同異性協(xié)同最優(yōu)引導(dǎo)策略的離子種群液態(tài)狀態(tài)更新，并計(jì)算新種群陰陽(yáng)離子的目標(biāo)函數(shù)值：

A_i(t+1)＝A_i(t)+z×AF_i^t×(Cbest(t)-A_i(t))+(1-z)×AF_i^t×(Abest(t)-A_i(t))

C_i(t+1)＝C_i(t)+z×CF_i^t×(Abest(t)-C_i(t))+(1-z)×CF_i^t×(Cbest(t)-C_i(t)) (7)

其中，t為進(jìn)化迭代次數(shù)，A_i(t)代表第i個(gè)陰離子的位置，AF_i^t代表第i個(gè)陰離子的吸引力系數(shù)，C_i(t)代表第i個(gè)陽(yáng)離子的位置，CF_i^t代表第i個(gè)陽(yáng)離子的吸引力系數(shù)，z是0和1之間的隨機(jī)數(shù)；Abest(t)為第t次迭代時(shí)陰離子種群中適應(yīng)度最優(yōu)的陰離子，Cbest(t)表示第t次迭代時(shí)陽(yáng)離子種群中適應(yīng)度最優(yōu)的陽(yáng)離子；

步驟3.4：進(jìn)行基于排名分類進(jìn)化策略的離子種群固態(tài)狀態(tài)更新；

步驟3.4包括：分別將新的陰陽(yáng)離子按照目標(biāo)函數(shù)值排序，即陰離子種群一分為二，陽(yáng)離子種群一分為二：

其中，F(xiàn)itC_i(t)表示陽(yáng)離子C_i的適應(yīng)度，F(xiàn)itA_i(t)為陰離子A_i的適應(yīng)度，NUM為陰陽(yáng)離子種群的離子數(shù)量，EA_i(t)第i個(gè)陰離子的適應(yīng)度值，EC_i(t)為第i個(gè)陽(yáng)離子的適應(yīng)度值；

適應(yīng)度值靠前的陰、陽(yáng)離子的更新方式為：

其中，rand([a,b])為在a和b之間的隨機(jī)數(shù)；

適應(yīng)度值靠后的陰、陽(yáng)離子的更新方式為：

A_i(t+1)＝A_i(t)+rand()×(Abest(t)-A_i(t))+rand()×(Abest-A_i(t)) (12)

C_i(t+1)＝C_i(t)+rand()×(Cbest(t)-C_i(t))+rand()×(Cbest-C_i(t)) (13)

步驟3.5：判斷終止條件：如果t＝G_max，則將離子種群中適應(yīng)度值最優(yōu)的解作為結(jié)果輸出，否則，t＝t+1，返回步驟3.3。