[发明专利]一种基于烟花算法的无线传感器节点部署方法

说明书

本发明公开了一种基于烟花算法的无线传感器节点部署方法，通过利用模拟烟花爆炸来解决最优化问题的烟花算法来进行传感器部署，烟花算法不仅继承了现有元启发式算法的许多优点，还有自身明显的特色，如爆发性、瞬时性、简单性、局部覆盖、分布并行等。且由于烟花算法个体相互独立，每个算子可以独立在局部进行搜索，所以适合并行化处理，能够解决在节点规模较大时收敛过慢的问题。同时本发明相对于随机分布或其他启发式算法相比实现对三维区域较高的覆盖率，由于充分考虑了地形地势，能够在保证网络有效性的前提下加强网络的各节点之间的连通性。

技术领域

本发明涉及一种基于烟花算法的无线传感器节点部署方法。

背景技术

无线传感器网络即WSN是由大量的微小传感器节点以自组织形式构成的多跳无线网络，它能够感知、采集、处理网络传输区域内被检测对象的信息，有广泛的应用前景，近年来一直是国内外研究的热点。合理布置网络节点有助于提高WSN的工作效率，减少能量消耗，因此研究如何对网络节点进行分步优化已经成为WSN的关键技术之一。然而由于WSN具有高密度部署的特点，在使用过程中存在着严重的网络冗余。尤其是在三维地形中受地理条件限制更为严重，且由于地形起伏，会导致覆盖盲区的产生。

传统的无线传感器网络中的部署方法是随机部署，这种部署方法存在着很多问题，例如传感器分布不合理而存在检测误区，传感器的节点监控区域大面积重叠，传感器利用率低，网络覆盖率低等缺点，若采用增加传感器数目的方法提高网络覆盖率则浪费了大量资源。且在汇聚节点附近和区域边界节点密度应该有所不同，由于汇聚节点附近，传感器节点数据转发更为频繁，其密度应大于边界节点的密度，这是随机部署所不能解决的。

发明内容

为了解决目前传统的无线传感器网络中部署方法导致传感器部署不合理而造成的诸多问题，本发明提供一种基于烟花算法的无线传感器节点部署方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种基于烟花算法的无线传感器节点部署方法，包括以下步骤：

步骤1，对待测区域建立三维坐标系，传感器节点坐标如下表示

其中(x_i，y_j)是无线传感器节点s_i在xoy轴的横坐标，h_i(x_i,y_i)是节点s_i在(x_i，y_j)的高度；

步骤2，初始化种群，围绕无线传感器网络中的汇聚节点随机产生n个位置，传感器节点总数即种群最大规模为S_node，搜索空间维数为3，最大迭代次数T_max，当前所有爆炸火花和高斯变异火花的位置集合设为W；

步骤3，分别在这n个位置上各引爆一个烟花，共引爆n个；

步骤4，计算产生的各烟花的适应度，根据下面的式子计算烟花爆炸产生的火花数目R_i和爆炸半径A_i；

同时对爆炸半径设置下界

其中M是控制n个烟花产生火花总数的参数，A_i是第i个烟花的爆炸半径，是最大爆炸半径，f(x_i)为根据该点的覆盖率计算出的烟花适应度，Y_max是当前个体中适应度最好的个体适应度，Y_min是当前个体中适应度最差的个体适应度，N为烟花总数，ε取小于0.001且大于0的值；

步骤5，按照下列公式更新火花位置，生产爆炸火花并对所有爆炸火花进行高斯变异，并更新其位置：