[发明专利]一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法

权利要求书

1.一种基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、在满足无线传感器网络的覆盖率和连通性约束的前提下，对改进二进制粒子群优化算法种群中的粒子位置和速度进行编码；

步骤2、再对粒子种群中每个初始粒子的适应度值进行评估，将每个初始粒子的当前位置设置为个体最优位置P_best,i，将粒子种群中具有最大适应度值的粒子位置设置为全局最优位置G_best；

步骤3、更新每个初始粒子的速度和二进制位置，生成新的粒子，新生成的粒子构成新种群；

步骤4、执行变异操作，并根据给定的变异率更新二进制位置的值；

步骤5、判断新生成粒子的覆盖率和连通性约束是否满足；若满足，则进一步评估新生成粒子的适应度值，并据此更新种群中的个体最优位置P_best,i和全局最优位置G_best；

步骤6、当粒子种群更新次数达到预设的最大值时，停止搜索并进行后续操作；否则，增加迭代次数并返回进行步骤3-5的操作；

步骤7、将最终获得的新种群的全局最优位置G_best作为无线传感器网络节点调度方案。

2.根据权利要求1所述基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，其特征在于，所述步骤1的过程具体为：

改进二进制粒子群优化算法MBPSO种群中的粒子在维数为1×n的空间中进行搜索，第i_th个粒子P_i由其二进制位X_i以及速度V_i表示，其中：

X_i∈[0,1]^1×n是二进制向量，由如下公式表示：

X_i＝[x_i,1,x_i,2,…,x_i,n]

X_i中二进制位的值表示该粒子在当前监测周期的工作状态；

V_i∈R^1×n是实值矩阵，代表粒子的速度，V_i表示为V_i＝(v_i,p)_1×n，其中v_i,p为V_i的第p_th个元素，V_i中每个元素的取值范围限制在[v_min,v_max]之内。

3.根据权利要求1所述基于改进二进制粒子群优化的无线传感器网络节点调度方法，其特征在于，在步骤2中，对粒子种群中每个初始粒子的适应度值进行评估的过程具体为：

适应度值的计算由以下公式表示：

f(X)＝W₁·(1-σ_n(X))+W₂·E_n(X)+(1-W₁-W₂)·D_n(X)

其中，σ_n(X)、E_n(X)和D_n(X)分别为覆盖率、能量消耗以及能量分布的归一化值，W₁、W₂和(1-W₁-W₂)分别为它们的权重，用以表示不同优化指标的重要程度，W₁、W₂和(W₁+W₂)的取值范围为[0,1]；σ(X)、E(X)和D(X)为由代价函数直接计算得到的三个指标的值；E_max和D_max为无线传感网络的能量消耗和能量分布所能取得的最大值，E_max是当无线传感器网络具有最大覆盖率、各节点具有最高感知和通信负载的情况下根据能耗计算公式得到，D_max为节点的初始能量，T_n(X)、E_n(X)和D_n(X)的取值范围为[0,1]；由于权重的和为1，故f(X)的取值范围同样为[0,1]。