[发明专利]一种无线传感器网络免疫分簇覆盖优化方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络免疫分簇覆盖优化方法，包括对固定节点免疫分簇优化和对移动节点的免疫覆盖优化，对固定节点免疫分簇优化包括初始化参数、第一抗原识别、节点隶属度计算、产生记忆体、交叉与变异产生新一代第一抗体群、条件终止判别并输出最优解、簇头信息进行簇内交还；对移动节点的免疫覆盖优化，包括初始化参数、确定第二抗体与第二抗原、对第二抗体群所有的第二抗体成员计算目标评价函数值F(S)、对第二抗体群里的第二抗体成员进行变异、条件终止判别并输出最优解、各簇头节点与通信范围的移动节点通信。本发明实现网络最大覆盖进而保持网络的连通性和容错性，适用于大规模、不规则的传感器网络。

主权项

1.一种无线传感器网络免疫分簇覆盖优化方法，包括对固定节点免疫分簇优化和对移动节点的免疫覆盖优化，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)对固定节点免疫分簇优化，具体包括以下步骤：步骤1，初始化参数；步骤2，第一抗原识别：第一抗原识别相当于簇头节点与其周围邻居节点能否建立联系，产生初始第一抗体群；以一定的概率随机选择一定数量的普通节点作为初始簇头节点，即作为第一抗体；步骤3，节点隶属度计算，运用定义的节点隶属度函数计算第一抗体与第一抗原的节点隶属度；计算网络其余节点到初始簇头节点的距离，采用K‑means思想，将距离簇头节点近的节点归为一个簇，从而形成初始第一抗体群，即N_i∈CL_k， if min{dist(i，k)，i∈(1,2,…n)，k＝1，2，…，K}     (1)其中N_i为隶属于第k个分簇的簇头节点，CL_k为初始形成的第k个分簇，K为初始分簇数量，n为满足min{dist(i，k)}条件的第k个分簇内的传感节点数；步骤4，产生记忆体：选择进入记忆库作为候选的优化簇头，其中di_j为两节点i，j之间的欧氏距离，N为网络传感节点数，Φ为设定参数值；步骤5，交叉与变异产生新一代第一抗体群：根据第一抗体、第一抗原节点隶属度计算结果，选择节点隶属度高于设定阀值的第一抗体进入下一轮迭代，进行第一抗体的激增与抑制；通过第一抗体基因的交叉与变异产生新一代第一抗体种群；将网络节点按自然数编码，i为节点N_i的自然数编码，i∈(1,2,…n)；对原在记忆库的第一抗体进行交叉与变异，采用的方式为对记忆库的优化第一抗体按下式进行变异：其中r为[1，n]中随机产生的自然数；将变异后的新第一抗体与原记忆库的第一抗体组成新的第一抗体群，按照节点隶属度函数公式重新计算第一抗原与第一抗体的节点隶属度；其中e_i为节点i的当前剩余能量，节点平均剩余能量，dist(i,j)为节点i到所有节点j的距离；为平均距离；根据式(1)选择第一抗体存入记忆库作为新的第一抗体；其中参数η，r为权重参数，且η+r＝1；步骤6，条件终止判别并输出最优解：根据迭代次数n和式进行判定，满足条件则停止迭代并输出最优解，否则转至步骤4继续计算；步骤7，簇头信息进行簇内交还：选取最后记忆库中的第一抗体作为簇头节点，与簇成员节点相互交换信息进行成簇确认；(2)对移动节点的免疫覆盖优化，具体包括以下步骤：步骤1，初始化参数，簇头节点与周围移动节点通信，确定节点位置；步骤2，确定第二抗体与第二抗原，对第二抗体与第二抗原进行编码，确定初始第二抗体群，包括第二抗体群的规模，定义参数固定节点数、移动节点数、节点感知半径和抗体群规模、抗体变异概率＝0；步骤3，对第二抗体群所有的第二抗体成员，用式(3)计算目标评价函数值F(S)；minimize (F(s)＝wf₁(s)+(1‑w)f₂(s))  (3)其中f₁(s)定义为网络中未覆盖的区域，f₂(s)为传感节点移动距离，w为属于(0，1)之间的权重系数；步骤4，根据第二抗体节点变异规则，对第二抗体群里的第二抗体成员进行变异；将变异后的新第二抗体与原第二抗体相混合，根据下式和选择其中最优m个第二抗体，组成新的第二抗体群；以浮点型数据格式表示节点坐标信息，节点变异的方式是对节点坐标进行变异，每一个节点用浮点型数字编码表示该节点的位置；节点检测区域内共有n个节点以及对应的坐标(x_i,y_i)；x_i代表节点i的x坐标，y_i代表节点i的y坐标，共包含n个节点，2n个坐标值即基因值，A_tot为需要监测的网络区域面积，A_cov(s)网络中被所有节点感知或覆盖的面积，S为网络中所有的传感器节点，P(x，y，S)为区域被节点集感知或覆盖的概率，P_overlap(x，y，S_i)为栅格节点(x，y)被传感节点S_i和S_j同时感知的冗余覆盖率，S_i为网络区域内的传感节点；步骤5，条件终止判别并输出最优解；循环执行步骤3‑4直至第二抗体群最优值不再变化或迭代次数达到一定次数q时，第二抗体变异与迭代优化结束并输出最优解，即为移动节点的最优位置；否则转至步骤3继续计算；步骤6，各簇头节点与通信范围的移动节点通信，确定传感器源节点数据包的传输路径。