智能优化算法应用:基于指数分布算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码

智能优化算法应用:基于指数分布算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码

文章目录

  • 智能优化算法应用:基于指数分布算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码
    • 1.无线传感网络节点模型
    • 2.覆盖数学模型及分析
    • 3.指数分布算法
    • 4.实验参数设定
    • 5.算法结果
    • 6.参考文献
    • 7.MATLAB代码

摘要:本文主要介绍如何用指数分布算法进行3D无线传感器网(WSN)覆盖优化。

1.无线传感网络节点模型

本文主要基于0/1模型,进行寻优。在二维平面上传感器节点的感知范围是一个以节点为圆心,半径为 R n R_n Rn的圆形区域,该圆形区域通常被称为该节点的“感知圆盘”, R n R_n Rn称为传感器节点的感知半径,感知半径与节点内置传感器件的物理特性有关,假设节点 n n n的位置坐标为 ( x n , y n , z n ) (x_n,y_n,z_n) (xn,yn,zn)在0-1感知模型中,对于平面上任意一点 p ( x p , y p , z p ) p(x_p,y_p,z_p) p(xp,yp,zp),则节点 n n n监测到区域内点 p p p的事件发生概率为:
P r ( n , p ) = { 1 , d ( n , p ) ≤ R n 0 , e s l e (1) P_r(n,p)=\begin{cases}1, \,d(n,p)\leq R_n\\ 0,\, esle \end{cases}\tag{1} Pr(n,p)={1,d(n,p)Rn0,esle(1)
其中 d ( n , p ) = ( x n − x p ) 2 + ( y n − y p ) 2 + ( z n − z p ) 2 d(n,p)=\sqrt{(x_n-x_p)^2+(y_n-y_p)^2 + (z_n-z_p)^2} d(n,p)=(xnxp)2+(ynyp)2+(znzp)2 为点和之间的欧式距离。

2.覆盖数学模型及分析

现假定目标监测区域为二维平面,在区域 A r e a Area Area上投放同型结构传感器节点的数目为N,每个节点的位置坐标值假设已被初始化赋值,且节点的感知半径r。传感器节点集则表示为:
N o d e { x 1 , . . . , x N } (2) Node\{x_1,...,x_N\} \tag{2} Node{x1,...,xN}(2)
其中 n o d e i = { x i , y i , z i , r } node_i=\{x_i,y_i,z_i,r\} nodei={xi,yi,zi,r},表示以节点 ( x i , y i , z i ) (x_i,y_i,z_i) (xi,yi,zi)为圆心,r为监测半径的球,假定监测区域 A r e a Area Area被数字化离散为 m ∗ n ∗ l m*n*l mnl个空间点,空间点的坐标为 ( x , y , z ) (x,y,z) (x,y,z),目标点与传感器节点间的距离为:
d ( n o d e i , p ) = ( x i − x ) 2 + ( y i − y ) 2 + ( z i − z ) 2 (3) d(node_i,p)=\sqrt{(x_i-x)^2+(y_i-y)^2 + (z_i-z)^2}\tag{3} d(nodei,p)=(xix)2+(yiy)2+(ziz)2 (3)
目标区域内点被传感器节点所覆盖的事件定义为 c i c_i ci。则该事件发生的概率 P c i P{c_i} Pci即为点 ( x , y , z ) (x,y,z) (x,y,z)被传感器节点 n o d e i node_i nodei所覆盖的概率:
P c o v ( x , y , z , n o d e i ) = { 1 , i f d ( n o d e i , p ) ≤ r 0 , e s l e (4) P_{cov}(x,y,z,node_i)=\begin{cases}1, if\,d(node_i,p)\leq r\\ 0,\, esle \end{cases}\tag{4} Pcov(x,y,z,nodei)={1,ifd(nodei,p)r0,esle(4)
我们将所有的传感器节点在目标监测环境中的区域覆盖率 C o v e r R a t i o CoverRatio CoverRatio定义为传感器节点集的覆盖面积与监测区域的面积之比,如公式所示:
C o v e r R a t i o = ∑ P c o v m ∗ n ∗ l (5) CoverRatio = \frac{\sum P_{cov}}{m*n*l}\tag{5} CoverRatio=mnlPcov(5)
那我们的最终目标就是找到一组节点使得覆盖率最大。

3.指数分布算法

指数分布算法原理请参考:https://blog.csdn.net/u011835903/article/details/131025569
指数分布算法是寻找最小值。于是适应度函数定义为未覆盖率最小,即覆盖率最大。如下:
f u n = a r g m i n ( 1 − C o v e r R a t i o ) = a r g m i n ( 1 − ∑ P c o v m ∗ n ∗ l ) (6) fun = argmin(1 - CoverRatio) = argmin(1-\frac{\sum P_{cov}}{m*n*l}) \tag{6} fun=argmin(1CoverRatio)=argmin(1mnlPcov)(6)

4.实验参数设定

无线传感器覆盖参数设定如下:

%% 设定WNS覆盖参数,
%% 默认输入参数都是整数,如果想定义小数,请自行乘以系数变为整数再做转换。
%% 比如范围1*1,R=0.03可以转换为100*100,R=3;
%区域范围为AreaX*AreaY*AreaZ
AreaX = 100;
AreaY = 100;
AreaZ = 100;
N = 20 ;%覆盖节点数
R = 15;%通信半径

指数分布算法参数如下:

%% 设定指数分布优化参数
pop=30; % 种群数量
Max_iteration=30; %设定最大迭代次数
lb = ones(1,3*N);
ub = [AreaX.*ones(1,N),AreaY.*ones(1,N),AreaZ.*ones(1,N)];
dim = 3*N;%维度为3N,N个坐标点

5.算法结果

在这里插入图片描述

从结果来看,覆盖率在优化过程中不断上升。表明指数分布算法对覆盖优化起到了优化的作用。

6.参考文献

[1] 史朝亚. 基于PSO算法无线传感器网络覆盖优化的研究[D]. 南京理工大学.

7.MATLAB代码

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/577518.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

React 路由跳转

1. push 与 replace 模式 默认情况下,开启的是 push 模式,也就是说,每次点击跳转,都会向栈中压入一个新的地址,在点击返回时,可以返回到上一个打开的地址, 就像上图一样,我们每次返…

Windows下安装Oracle19C

官网下载oracle19c 以及客户端 官网地址:Software Download | Oracle 这个是要登录账号的,没有的可以注册,登录上 这个时候在点开这个官网:Database Software Downloads | Oracle 往下面滑 点了之后有个界面注意事项勾上,点下载,你就会下载: 安装oracle19c 解压安…

入门级:用devEco Studio创建一个鸿蒙APP

文章概叙 本文主要讲的是如何在鸿蒙的开发工具devEco Studio新建一个项目,全文很水,只适合新手!! 开始贴图 假设当前你已经下载好了devEco Studio,但是还没正式开始安装,此时你点击安装包,你会发下如下页面,只需要点…

【Linux系统编程】【Google面试题改编】线程之间的同步与协调 Linux文件操作

编写程序,有四个线程1、2、3、4 线程1的功能就是输1,线程2的功能就是输出2,以此类推……现在有四个文件ABCD初始都为空 现要让四个文件呈如下格式: A: 1 22 333 4444 1 22 333 4444… B: 22 333 4444 1 22 333 4444 1… C: 333 4444 1 22 333 4444 1 2…

搭建react+ant design pro+umi 项目框架

一、 写本文的原因 我搭建reactantdumi这个框架的原始资料主要是来源于(ReactUmi4从零快速搭建中后台系统保姆级记录教程(一、项目创建及初始化)) 而我写这篇文章的本意就是用来记录我用搭建时候的步骤汇总。 二、 npm和node版…

Nginx快速入门:实现企业安全防护|nginx部署https,ssl证书(七)

0. 引言 之前我们讲到nginx的一大核心作用就是实现企业安全防护,而实现安全防护的原理就是通过部署https证书,以此实现参数加密访问,从而加强企业网站的安全能力。 nginx作为各类服务的统一入口,只需要在入口处部署一个证书&…

解决Maven找不到依赖的问题

如果经过Reload Maven项目,清除Idea缓存,甚至重启Idea等方法都解决不了Dependency xxx not found的问题,不妨试试手动安装。 1. 进入maven仓库,搜索自己需要的对应版本的依赖。 2. 点击下图红框jar图标下载对应的jar包&#xff0c…

【K8S基础】-k8s的核心概念控制器和调度器

Kubernetes是一个开源的容器编排平台,旨在简化和自动化容器化应用程序的部署、扩展和管理。它提供了一个强大的基础设施来管理容器化应用程序的生命周期,并确保它们在整个集群中高效运行。 Kubernetes的核心概念包括集群、节点、Pod、控制器、调度器等。…

lv13 环境搭建之内核编译 4

一、开发板运行Linux 1. 网线连接开发板和主机 2. ubuntu下拷贝uImage、exynos4412-fs4412.dtb两个文件到/tftpboot目录下cd ~/fs4412cp uImage exynos4412-fs4412.dtb /tftpboot 3. rootfs.tar.xz解压到/opt/4412sudo tar xvf rootfs.tar.xz -C /opt/4412sudo chmod 777 /opt…

软件测试面试八股文——基础篇

5)错误推测法:是基于经验和直觉推测程序中所有可能存在的各种错误,从而有针对性的设计测试用例的方法 6)正交实验法 7)判定表法 8)测试大纲法 3、提交缺陷的八大要素 1)缺陷编号&#xff1a…

2023.12.24 关于 Redis 中 String 类型内部编码和应用场景

目录 String 类型内部编码 3 种内部编码方式 String 类型应用场景 Cache 缓存 键名命名规则 计数(Counter) 共享会话(Session ) 手机验证码 总结 String 类型内部编码 3 种内部编码方式 int:用来表示 64 位 —…

智能优化算法应用:基于食肉植物算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码

智能优化算法应用:基于食肉植物算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码 文章目录 智能优化算法应用:基于食肉植物算法3D无线传感器网络(WSN)覆盖优化 - 附代码1.无线传感网络节点模型2.覆盖数学模型及分析3.食肉植物算法4.实验参数设定5.算法结果6.…

详细学习Java注解Annotation、元注解(通俗易懂,一学就会)

概述 底层原理 自定义注解 示例代码: 1. 2.只有属性名为value的才可以,java对它进行了标识,如果是其他别名如value1是不行的 3.多个属性,必须用键值对形式,不能少写,也不能多写,除非有default修…

嵌入式中一文搞定C语言数据结构--跳表

大家好,今天分享一篇C语言数据结构相关的文章--跳表。 1. 什么是跳表 跳表是 链表 索引 的一种数据结构 ,是以空间换取时间的方式,关于跳表参考: https://baike.baidu.com/item/跳表/22819833?fraladdin 2. 跳表概念 跳表在原有链表的基…

【算法】利用双指针法解决算法题(C++)

文章目录 1. 前言2. 双指针法引入283.移动零 3. 使用双指针法解决算法题1089.复写零202.快乐数11.盛最多水的容器[611.有效三角 形的个数](https://leetcode.cn/problems/valid-triangle-number/description/)LCR179.查找总价格为目标值的两个商品15.三数之和18.四数之和 1. 前…

redis基本用法学习(C#调用StackExchange.Redis操作redis)

StackExchange.Redis是基于C#的高性能通用redis操作客户端,也属于常用的redis客户端之一,本文学习其基本用法。   新建Winform项目,在Nuget包管理器中搜索并安装StackExchange.Redis,如下图所示:   StackExchange.…

开发利器——C语言必备实用第三方库

​ 对于广大C语言开发者来说,缺乏类似C STL和Boost的库会让开发受制于基础库的匮乏,也因此导致了开发效率的骤降。这也使得例如libevent这类事件库(基础组件库)一时间大红大紫。 今天,码哥给大家带来一款基础库&#…

JavaScript进阶(事件+获取元素+操作元素)

目录 事件基础 事件组成 执行事件的步骤 获取元素 根据ID获取元素 根据标签名获取元素 获取ol中的小li 类选择器(html5新增的I9以上支持) 获取body和html 操作元素 innerText和innerHtml 表单标签 样式属性操作 操作元素总结 事件基础 事…

JY901S 9轴姿态角度传感器模块

JY901S 9轴姿态角度传感器模块 JY901S 简介模块特性引脚说明IIC通讯IIC读写寄存器代码示例 JY901S 简介 模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器,采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法,能够快速求解出模块当前的实时运…

基于Python的新能源汽车销量分析与预测系统

温馨提示:文末有 CSDN 平台官方提供的学长 QQ 名片 :) 1. 项目简介 基于Python的新能源汽车销量分析与预测系统是一个使用Python编程语言和Flask框架开发的系统。它可以帮助用户分析和预测新能源汽车的销量情况。该系统使用了关系数据库进行数据存储,并…