鄒茜 黃偉

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)定位 遺傳算法

中圖分類號(hào)：TP301.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（a）-0023-02

隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)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(huì)的發(fā)展也十分迅速，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)其實(shí)并不久遠(yuǎn)，而是在20世紀(jì)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(huì)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(jià)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(guó)家的應(yīng)用也是比較廣泛的，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中公認(rèn)的新興的、前沿的研究熱點(diǎn)和研究重點(diǎn)，并且還被人們認(rèn)為是當(dāng)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(huì)，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(diǎn)所組成的，并且這些傳感器節(jié)點(diǎn)都是被隨機(jī)放置在相關(guān)的位置，所以對(duì)于相關(guān)位置的具體位置是很難進(jìn)行確定的。雖然隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jìn)步，我們可以用GPS定位系統(tǒng)來對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體位置進(jìn)行確定，但是我們使用GPS定位系統(tǒng)來精確每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)通信來對(duì)整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置來進(jìn)行估算的。相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了研究分析，如在美國(guó)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(shí)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(diǎn)定位算法分析研究

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

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?fù)鋮^(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的初始位置是被隨機(jī)的投放的，其中（xi，yi）（i=1，2，…，N）為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，而i則為這個(gè)節(jié)點(diǎn)中唯一的一個(gè)標(biāo)識(shí)的符號(hào)。我們?cè)趯?duì)無線傳感器的定位問題進(jìn)行分析研究的時(shí)候，我們假設(shè)無線傳感器有M個(gè)節(jié)點(diǎn)X=（x1，x2，…，xM，yM）它們的位置上是已知的，其實(shí)這也就是錨節(jié)點(diǎn)的位置，而后（N-M）個(gè)節(jié)點(diǎn)X=（xM+1，yM+1，…，xN，yN）主要是為待求的未知節(jié)點(diǎn)的未知，那么我們?cè)趯?duì)無線傳感器進(jìn)行定位的時(shí)候，定位問題我們就可以根據(jù)已知的這些M個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，來求解與這些節(jié)點(diǎn)之間有通信約束關(guān)系的（N-M）個(gè)未知點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.2 節(jié)點(diǎn)通信約束分析研究

我們對(duì)無線傳感器的定位問題分析研究之后，我們是需要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的通信約束進(jìn)行分析研究，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)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?cè)趯?duì)無線傳感器的傳播模型進(jìn)行分析研究的時(shí)候就會(huì)使得節(jié)點(diǎn)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(jìn)行分析研究的時(shí)候，對(duì)相關(guān)的過程進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)錨節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，Ai是錨節(jié)點(diǎn)，一旦當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)X1、X2都處于這個(gè)圓中的時(shí)候，我們是可以認(rèn)為錨節(jié)點(diǎn)Ai與未知節(jié)點(diǎn)X1、X2之間是可以進(jìn)行通信的，因此我們?cè)诜治鲅芯康臅r(shí)候是可以認(rèn)為：

‖Ai-Xj‖≤R，j=1，2 （1）

我們對(duì)圖1（b）進(jìn)行分析研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)，圖1（b）則主要是說明了在這個(gè)過程中我們是怎樣通過節(jié)點(diǎn)無線傳播模型來對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行估計(jì)和計(jì)算的。首先是錨節(jié)點(diǎn)Ai向周圍發(fā)送射頻電波，在這個(gè)過程中我們假設(shè)未知節(jié)點(diǎn)X1、X2之間是可以進(jìn)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?cè)谇懊婢驼f了咋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是存在著N個(gè)節(jié)點(diǎn)的，并且其中的前M個(gè)為錨節(jié)點(diǎn)，后N-M個(gè)為未知節(jié)點(diǎn)，針對(duì)這些情況我們就可以規(guī)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問題是可以歸納出以下的幾個(gè)方面：首先是已知錨節(jié)點(diǎn)Ai和錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的位置，這樣就會(huì)使得‖Ai-Xj‖=dij。但是由于我們?cè)跍y(cè)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(diǎn)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(diǎn)的估計(jì)未知。

2.4 遺傳定位算法

本文在對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位進(jìn)行分析研究的時(shí)候，其實(shí)主要是通過增加定位的優(yōu)化名的約束條件來進(jìn)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(jì)算的方法應(yīng)用，使得我們?cè)谟?jì)算時(shí)計(jì)算的速度大大的增加，而且由于我們?cè)谟?jì)算的時(shí)候主要是使用遺傳算法進(jìn)行計(jì)算，這也大大的增加和提高了我們?cè)谟?jì)算的時(shí)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(duì)于未知節(jié)點(diǎn)Xj（xi，yi）有：

r2≤xj≤r1，r4≤yj≤r3 （4）

我們利用遺傳算法在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)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(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的新算法進(jìn)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(xiàn)

[1] 潘偉，刁華宗，井元偉.一種改進(jìn)的實(shí)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.