一种的移动无线自组网覆盖连通方法技术

本发明专利技术提供了一种的移动无线自组网覆盖连通方法，首先建立移动无线自主网的覆盖连通模型，设计出一种新的网络连通性方法；然后提出一种改进的自适应离子运动算法，并设计出基于同异性协同最优引导的液态离子更新方法和基于排名分类进化的固态离子更新方法；最后利用提出的离子运动算法优化覆盖连通模型。该方法能够同时最优化网络覆盖率和连通性，有效提升移动无线自主网的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种的移动无线自组网覆盖连通方法
本专利技术属于无线传感网络领域，尤其涉及一种的移动无线自组网覆盖连通方法。
技术介绍
移动无线自组网是一种分布式、无中心、多跳的自主网络，被广泛应用于环境监测、救援救灾、军事通信等领域。由于移动无线自组网具有多跳传输、动态拓扑、节点资源受限等特点，其网络结构的可靠性相对薄弱并容易受到各种干扰，在这种趋势移动无线自组网的资源管理技术显得尤为重要。针对这一复杂的多目标优化问题，将目前计算智能领域的优秀算法用于移动无线自组网的资源管理问题研究中，具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
专利技术目的：为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种的移动无线自组网覆盖连通方法，针对现有算法往往只能优化单一目标而难以用于实际的问题，通过建立一种新的连通性保障机制，并设计包括覆盖率和连通性的移动无线自组网覆盖连通模型；针对离子运动算法易陷入局部最优、收敛精度不高的问题，提出基于同异性协同最优引导的液态离子更新策略和基于排名分类进化的固态离子更新策略，设计出新的自适应离子运动算法；将提出的新算法用于移动无线自组网覆盖率和连通性的同时最优化，进而提升网络覆盖性能。本专利技术具体提供了一种的移动无线自组网覆盖连通方法，包括如下步骤：步骤1：建立移动无线自组网节点感知模型；步骤2：建立移动无线自组网覆盖连通模型；步骤3：最优化移动无线自组网的覆盖率和连通性。步骤1包括：所述移动无线自组网节点感知模型包括移动节点和中继节点，设定移动节点的通信半径为r，中继节点的通信半径为R；移动节点和中继节点的感知区域就是以各自位置为中心、通信半径为半径的圆形区域。步骤2包括：步骤2.1：建立移动无线自组网覆盖率函数；步骤2.2：建立移动无线自组网覆盖率函数连通性函数；步骤2.3：建立移动无线自组网覆盖连通模型F(X)。步骤2.1包括：将监测区域离散网格化；计算所有处于工作状态的节点感知的网格总数其中，i＝1,2,…,N，N为工作节点数量，为每个移动节点感知的网格数，计算出整个监测区域的网格总数Gtotal，建立移动无线自组网覆盖率函数CR为：步骤2.2包括：计算所有工作节点之间的距离，记为距离矩阵D；判断距离矩阵D中每个元素与节点通信半径r的大小关系，以此建立处于工作状态节点间的连通状态，即连通矩阵L，记dij为节点i与节点j之间的距离，lij如式(2)所示：参数lij用于判断节点i和节点j是否连通，如果是则lij为1，否则lij为0；移动无线自组网的所有节点具有连通性必须满足如下两个条件：条件1：Rank(L)＝N；条件2：Sum(L)≥2(N-1)‘’Sum(L)表示连通矩阵L中的所有元素的和；条件1表示连通矩阵L的秩为N，保证任意节点都有与之通信的节点存在；条件2表示连通矩阵所有元素的和大于等于2(N-1)，保证任意节点至少存在另外一个节点能够与之通信；为此，建立移动无线自组网覆盖率函数连通性函数C为：maxC＝maxRank(L)(3)式中，Rank为求秩函数。步骤2.3包括：建立移动无线自组网覆盖连通模型F(X)为：F(X)＝max[CR(X),C(X)](5)式中，X＝[x1,x2,…,xN]为N维变量，xi＝[lxi,lyi]为第i个移动节点的二维平面位置坐标，lxi,lyi分别表示第i个移动节点的二维平面横坐标和纵坐标。步骤3包括：步骤3.1：设置初始参数，包括离子种群的规模P最大进化迭代次数Gmax；步骤3.2：随机生成初始化离子种群X1,…,Xi,…,XP，Xi＝[x1,…,xj,…,xN]，xj＝[lxj,lyj]为第j个节点的位置，XP表示离子种群中的第P个离子；将离子种群一分为二，即为阴离子种群和阳离子种群；计算每个离子的目标函数值F(Xi)＝[CR(Xi),C(Xi)]，将目标函数值转为适应度值：E＝w1×CR+w2×C(6)其中，E为离子的适应度值，w1和w2为权重参数；步骤3.3：进行基于同异性协同最优引导策略的离子种群液态状态更新，并计算新种群阴阳离子的目标函数值：其中，t为进化迭代次数，Ai(t)代表第i个阴离子的位置，代表第i个阴离子的吸引力系数，Ci(t)代表第i个阳离子的位置，代表第i个阳离子的吸引力系数，r是0和1之间的随机数；Abest(t)为第t次迭代时阴离子种群中适应度最优的阴离子，Cbest(t)表示第t次迭代时阳离子种群中适应度最优的阳离子；步骤3.4：进行基于排名分类进化策略的离子种群固态状态更新。步骤3就是利用离子运动算法来优化等式(6)，即同时优化覆盖率和连通性目标，使得它们同时最优。步骤3.4包括：分别将新的阴阳离子按照目标函数值排序，即阴离子种群一分为二，阳离子种群一分为二：其中，FitCi(t)表示阳离子Ci的适应度，FitAi(t)为阴离子Ai的适应度，NUM为阴阳离子种群的离子数量，EAi(t)第i个阴离子的适应度值，ECi(t)为第i个阳离子的适应度值；适应度值靠前的阴、阳离子的更新方式为：其中，rand([a,b])为在a和b之间的随机数；适应度值靠后的阴、阳离子的更新方式为：Ai(t+1)＝Ai(t)+rand()×(Abest(t)-Ai(t))+rand()×(Abest-Ai(t))(12)Ci(t+1)＝Ci(t)+rand()×(Cbest(t)-Ci(t))+rand()×(Cbest-Ci(t))(13)步骤3.5：判断终止条件：如果t＝Gmax，则将离子种群中适应度值最优的解作为结果输出，否则，t＝t+1，返回步骤3.3。有益效果：本专利技术设计出一种新的无线自组网覆盖连通性机制，提出一种自适应离子运动算法，并将覆盖率和连通性合并为适应度函数，最后利用提出的算法来优化覆盖连通模型。不仅能够同时最优化无线自组网的覆盖率和连通性，从而提高其整体性能和服务质量；而且提出的改进算法提高了收敛速度，保障算法能够快速提供一种覆盖连通方案，实时调整无线自组网的运行情况，从而保障其实际应用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为移动无线自组网节点感知模型示意图。图2为本专利技术方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种的移动无线自组网覆盖连通方法，包括如下步骤：步骤1：建立移动无线自组网节点感知模型。移动无线自组网中主要包括移动节点和中继节点，设定移动节点的通信半径为r，中继节点的通信半径为R，则移动无线自组网节点感知模型如图1所示。步骤2：建立包括覆盖率和连通性的移动无线自组网覆盖连通模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种的移动无线自组网覆盖连通方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：建立移动无线自组网节点感知模型；/n步骤2：建立移动无线自组网覆盖连通模型；/n步骤3：最优化移动无线自组网的覆盖率和连通性。/n

【技术特征摘要】
1.一种的移动无线自组网覆盖连通方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立移动无线自组网节点感知模型；
步骤2：建立移动无线自组网覆盖连通模型；
步骤3：最优化移动无线自组网的覆盖率和连通性。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：所述移动无线自组网节点感知模型包括移动节点和中继节点，设定移动节点的通信半径为r，中继节点的通信半径为R；移动节点和中继节点的感知区域就是以各自位置为中心、通信半径为半径的圆形区域。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2.1：建立移动无线自组网覆盖率函数；
步骤2.2：建立移动无线自组网覆盖率函数连通性函数；
步骤2.3：建立移动无线自组网覆盖连通模型F(X)。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2.1包括：将监测区域离散网格化；计算所有处于工作状态的节点感知的网格总数其中，i＝1，2，…，N，N为工作节点数量，为每个移动节点感知的网格数，计算出整个监测区域的网格总数Gtotal，建立移动无线自组网覆盖率函数CR为：





5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2.2包括：计算所有工作节点之间的距离，记为距离矩阵D；判断距离矩阵D中每个元素与节点通信半径r的大小关系，以此建立处于工作状态节点间的连通状态，即连通矩阵L，记dij为节点i与节点j之间的距离，lij如式(2)所示：






参数lij用于判断节点i和节点j是否连通，如果是则lij为1，否则lij为0；
移动无线自组网的所有节点具有连通性必须满足如下两个条件：
条件1：Rank(L)＝N；
条件2：Sum(L)≥2(N-1)‘’
Sum(L)表示连通矩阵L中的所有元素的和；
条件1表示连通矩阵L的秩为N，保证任意节点都有与之通信的节点存在；条件2表示连通矩阵所有元素的和大于等于2(N-1)，保证任意节点至少存在另外一个节点能够与之通信；
为此，建立移动无线自组网覆盖率函数连通性函数C为：
maxC＝maxRank(L)(3)



式中，Rank为求秩函数。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2.3包括：建立移动无线自组网覆盖连通模型F(X)为：
F(X)＝max[CR(X)，C(X)](5)
式中，X＝[x1，x2，…，xN]为N维变量，xi＝[lxi，lyi]为第i个移动节点的二维平面位置坐标，lxi，lyi分别表示第i个移动节点的二维平面横坐标和纵坐标。


7.根据权利要求6所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，孙水发，唐庭龙，崔文超，龚国强，汪方毅，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42