基于遺傳算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位研究

鄒茜 黃偉

摘 要：隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也十分迅猛，尤其是隨著信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在人們生活和生產(chǎn)中的使用也是越來越普遍，但是由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身定位方面是存在著一些問題，因此本文主要是以遺傳算法為基礎(chǔ)，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的新算法，希望通過本文的探究可以為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位提供高一些建議和借鑒。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點定位 遺傳算法

中圖分類號：TP301.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0023-02

隨著現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在人們生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用是越來越普遍的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代社會的發(fā)展也十分迅速，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)其實并不久遠，而是在20世紀興起的一種現(xiàn)代技術(shù)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)在現(xiàn)代社會的應(yīng)用十分普遍，不僅是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域，而且還應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在人們的生活和生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，有著巨大的使用價值和使用前途，并且由于這方面的發(fā)展前景十分廣泛，在許多國家的應(yīng)用也是比較廣泛的，尤其是進入21世紀以來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會發(fā)展中公認的新興的、前沿的研究熱點和研究重點，并且還被人們認為是當今世界發(fā)展中具有巨大影響的技術(shù)之一。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

現(xiàn)代社會，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展十分迅速，無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要是由大量的無線傳感器的節(jié)點所組成的，并且這些傳感器節(jié)點都是被隨機放置在相關(guān)的位置，所以對于相關(guān)位置的具體位置是很難進行確定的。雖然隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，我們可以用GPS定位系統(tǒng)來對每個節(jié)點的具體位置進行確定，但是我們使用GPS定位系統(tǒng)來精確每個節(jié)點的位置成本是比較高的，而且并不是所有的GPS定位系統(tǒng)是可以應(yīng)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的，是不能廣泛使用。而且現(xiàn)在我們使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法主要是根據(jù)少量的已知位置以及一些可靠的節(jié)點通信來對整個的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置來進行估算的。相關(guān)學(xué)者也進行了研究分析，如在美國的路特葛斯大學(xué)的Dragos Niculescu等人提出的DV- Distance方法，不僅如此，Lance Doherty等人在研究的時候主要是根據(jù)相關(guān)的研究提出了凸規(guī)劃求解方法。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法分析研究

我們在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行分析研究的時候，本文主要是使用遺傳算法來都傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位進行分析研究，我們對無線傳感器通過節(jié)點定位進行分析研究時，主要是通過分析無線傳感器的位置節(jié)點以及一些少量的錨節(jié)點之間的通信約束，在這個基礎(chǔ)之上，建立位置節(jié)點的位置來作為參數(shù)建立定位模型，并且不斷地進行優(yōu)化研究，而且在這個過程中我們還可以使用遺傳算法對我們優(yōu)化的模型進行求解參數(shù)，通過這些措施我們就可以根據(jù)我們計算出來的結(jié)果來估計位置節(jié)點。

2.1 定位問題分析研究

本文在分析研究的過程中主要是采用向量X=（x1， x2，…，xM，yM，xM+1，yM+1，…，xN，yN）（M≥1，N≥M+1）。模擬網(wǎng)絡(luò)拓撲區(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點的初始位置是被隨機的投放的，其中（xi，yi）（i=1，2，…，N）為第i個節(jié)點的橫坐標和縱坐標，而i則為這個節(jié)點中唯一的一個標識的符號。我們在對無線傳感器的定位問題進行分析研究的時候，我們假設(shè)無線傳感器有M個節(jié)點X=（x1，x2，…，xM，yM）它們的位置上是已知的，其實這也就是錨節(jié)點的位置，而后（N-M）個節(jié)點X=（xM+1，yM+1，…，xN，yN）主要是為待求的未知節(jié)點的未知，那么我們在對無線傳感器進行定位的時候，定位問題我們就可以根據(jù)已知的這些M個節(jié)點的坐標，來求解與這些節(jié)點之間有通信約束關(guān)系的（N-M）個未知點的坐標。

2.2 節(jié)點通信約束分析研究

我們對無線傳感器的定位問題分析研究之后，我們是需要對節(jié)點之間的通信約束進行分析研究，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都包含一個電波的射頻發(fā)射器和接收器，并且由于無線傳感器接收到的電波的有效半徑為R，那么我們在對無線傳感器的傳播模型進行分析研究的時候就會使得節(jié)點無線傳感器的傳播模型主要是以無線射程R為半徑的各向同性的圓模型。本文在進行分析研究的時候，對相關(guān)的過程進行假設(shè)，假設(shè)錨節(jié)點節(jié)點和未知節(jié)點在硬件的配置上是相同的，也就是如圖1（a）所示，在圖1中，X1、X2是未知節(jié)點，Ai是錨節(jié)點，一旦當未知節(jié)點X1、X2都處于這個圓中的時候，我們是可以認為錨節(jié)點Ai與未知節(jié)點X1、X2之間是可以進行通信的，因此我們在分析研究的時候是可以認為：

‖Ai-Xj‖≤R，j=1，2 （1）

我們對圖1（b）進行分析研究就會發(fā)現(xiàn)，圖1（b）則主要是說明了在這個過程中我們是怎樣通過節(jié)點無線傳播模型來對節(jié)點之間的距離進行估計和計算的。首先是錨節(jié)點Ai向周圍發(fā)送射頻電波，在這個過程中我們假設(shè)未知節(jié)點X1、X2之間是可以進行通信的，這就使得d1

‖Ai-Xj‖≈dj，j=1，2 （2）

2.3 定位優(yōu)化模型分析研究

我們在前面就說了咋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是存在著N個節(jié)點的，并且其中的前M個為錨節(jié)點，后N-M個為未知節(jié)點，針對這些情況我們就可以規(guī)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位問題是可以歸納出以下的幾個方面：首先是已知錨節(jié)點Ai和錨節(jié)點與未知節(jié)點Xj的通信約束，并且兩者之間的距離是為dij，我們是需要尋找和是的未知節(jié)點的位置，這樣就會使得‖Ai-Xj‖=dij。但是由于我們在測距的過程中是存在著一些誤差的，這樣我們是需要將節(jié)點的定位為題轉(zhuǎn)化為模型優(yōu)化問題，求解出來的最優(yōu)解就是未知節(jié)點的估計未知。

2.4 遺傳定位算法

本文在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位進行分析研究的時候，其實主要是通過增加定位的優(yōu)化名的約束條件來進行分析研究的，并且主要是通過設(shè)置遺傳算法的各種各樣的參數(shù)等一些計算的方法應(yīng)用，使得我們在計算時計算的速度大大的增加，而且由于我們在計算的時候主要是使用遺傳算法進行計算，這也大大的增加和提高了我們在計算的時候，遺傳算法的效率。

r1=（êi）min+R，r2=（êi）mêx-R，r3=（bi）min+R，r4=（bi）mêx-R （3）

在公式（3）中，r1為矩形右邊界，r2為矩形左邊界，r3和r4分別為矩形上邊界和下邊界。即對于未知節(jié)點Xj（xi，yi）有：

r2≤xj≤r1，r4≤yj≤r3 （4）

我們利用遺傳算法在進行計算的時候，相關(guān)的適應(yīng)度函數(shù)主要是如下所示：

（5）

3 結(jié)語

本文主要是以遺傳算法為基礎(chǔ)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的新算法進行分析研究，希望通過本文的闡述可以為之后的研究提供一些建議和借鑒。

參考文獻

[1] 潘偉，刁華宗，井元偉.一種改進的實數(shù)自適應(yīng)遺傳算法[J].控制與決策，2006（7）：792-795.

[2] 王金鑫，賴旭芝，吳敏.基于遺傳算法的三維無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位新算法[J].高技術(shù)通訊，2008，18（6）：579-584.