[发明专利]一种中继节点在无线传感网络中的部署优化方法

权利要求书

1.一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，具体步骤包括：

(1)初始化算法的相关参数及产生一个初始种群；

(2)采用传统遗传算法中的基因操作产生N个新个体；

(3)对部分较优个体执行插入中继节点的操作；

(4)对部分较优个体执行删除中继节点的操作；

(5)对部分较优个体执行局部位移操作；

(6)将步骤(2)到步骤(5)产生的新个体与原来的种群合并，并按照非支配排序和拥挤距离对合并后的种群排序，从中选择出最优的N个个体构成新的种群；

(7)当算法满足结束条件时，优化步骤终止，否则返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，产生一个初始种群P(0)，表示为：

其中，对于每个个体I_i，编码长度D_i随机初始化为传感器的个数，位置向量(x_ij,y_ij)的初始化公式为：

其中，L和W表示检测区域的长和宽；rand(a,b)表示a和b之间均匀分布的一个随机数；

同时算法中有集合B用来保存目前为止所找到的具有最少中继节点的N个可行解；以上所得N个初始个体同时也作为集合B的初始元素。

3.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中的基因操作包括选择操作、交叉操作和变异操作；选择操作采用锦标赛选择法从当前种群中选择出两个较优的个体；交叉操作将这两个个体的部分基因进行交换；变异操作对交叉后产生的两个新个体的基因进行小概率的变异；其中变异的过程按照经典多目标算法NSGA-II的方式进行；对种群初始个体重复执行基因操作直到产生N个新个体为止。

4.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，所述步骤(3)通过对较优个体插入中继点的方式寻找具有更长寿命的可行解，包括：

(3-1)从当前种群中随机选择一个非支配的个体I_x；

(3-2)从I_x中加入一个中继节点，加入的中继节点将加载在关键节点及其后继节点上；其中，关键节点为当且仅当该节点是最早耗尽能量的节点；假设I_x的关键节点位于(s_x,s_y)，且其后继节点为(r_x,r_y)，新的中继节点将放置在这两点所构成的线段的中点，即新的中继节点的坐标为：

(3-3)评估该新个体的目标函数值；

对种群初始个体重复执行步骤(3)直到产生N个新个体为止。

5.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，所述步骤(4)通过对较优个体删除中继点的方式寻找具有更少中继节点的可行解，包括：

(4-1)从集合B中随机选择出一个可行解I_x；

(4-2)从I_x中随机删除一些中继节点；其中，删除的节点数为1到M之间的随机数，M为一个预定义的常量；

(4-3)评估新个体的目标函数值；

对种群初始个体重复执行步骤(4)直到产生N个新个体为止。

6.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，所述步骤(5)通过对较优个体执行局部位移操作来保持中继节点数目不变的条件下延长网络的寿命；对于每一个中继节点，将它的寿命与它的前驱节点进行比较；如果该节点的寿命比对应的前驱节点更短，就将该节点往对应的后继节点的方向移动一小段距离；否则就将该节点将往对应的具有最小寿命的前驱节点方向移动一小段距离；对种群初始个体重复执行步骤(5)直到产生N个新个体为止。

7.根据权利要求1所述的一种中继节点在无线传感器网络中的部署优化方法，其特征在于，所述步骤(6)，包括：

(6-1)将当前的种群和经过步骤(2)～(5)产生的4×N个新个体合并；

(6-2)采用快速非支配排序法和拥挤距离操作对合并后的个体集合进行排序；

(6-3)将最好的N个个体被选择出来作为新的种群；

(6-4)将集合B和所有4×N个新个体合并；然后根据中继节点个数进行排序并选择出最优的N个个体作为新的集合B。