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专利号: 2024106197178
申请人: 山东工商学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.沙漠金鼹鼠优化算法在无线传感器网络覆盖部署中的应用,其特征在于,通过模拟沙漠金鼹鼠的领地生活习性,利用沙漠金鼹鼠所在领地的资源环境,基于单独捕食策略、植物搜索策略、游牧策略、生存更新策略、领地资源函数和领地互助策略寻求最优方案,具体包括以下步骤:S1、初始化总领地范围和沙漠金鼹鼠的位置,设定沙漠金鼹鼠的小组数量,每个小组中包含若干个沙漠金鼹鼠个体,并为每个小组初始化一个领地,每个领地的位置为总领地范围中的一个随机位置,沙漠金鼹鼠个体在所在小组的领地内进行搜索;设定算法的最大迭代次数;

S2、通过搜索判断每个沙漠金鼹鼠个体是否发现猎物,如发现猎物,执行单独捕食策略,利用单独捕食策略更新自身在领地内的位置;

S3、通过搜索判断每个沙漠金鼹鼠个体是否能够聆听到植物位置,如能够聆听到,执行植物搜索策略,利用植物搜索策略更新自身在领地内的位置;

S4、当沙漠金鼹鼠个体未发现猎物且未聆听到植物位置时,执行游牧策略,利用游牧策略更新自身在领地内的位置;

S5、执行生存更新策略,对生存概率低于阈值的沙漠金鼹鼠个体进行优化,更新其在领地内的位置;

S6、利用领地资源函数,计算每个小组的领地的资源环境;

S7、依据计算获得的资源环境,基于领地互助策略,对资源环境最差的领地进行移动,更新其位置;

S8、重复S2‑S7,直至到达最大迭代次数或达到预期期望值,输出各个小组的领地的位置,即为最优方案;

所述的S1中,每个小组的领地为一个包含了组内所有沙漠金鼹鼠个体的圆形区域;

所述的S2中,单独捕食策略表示为:

(1);

式中, 代表沙漠金鼹鼠个体k的位置, 表示沙漠金鼹鼠个体k更新后的位置; 是在[‑2,2]的区间内均匀生成的随机数; 是在[‑1,1]的区间内均匀生成的随机数; 是在[0,1]的区间内均匀生成的随机数; 为沙漠金鼹鼠捕食稳态常数,为 和的均值;t1是从1到N中生成的随机数,且t1≠k,N是沙漠金鼹鼠个体k所在的小组中沙漠金鼹鼠个体的数量, 代表沙漠金鼹鼠个体t1的位置; 是上一次搜索迭代中沙漠金鼹鼠个体k所在小组的最优领地的位置;

表示将沙漠金鼹鼠个体k的位置和上一次搜索迭代中其小组的最优领地的位置设置为 的历史数据库;

所述的S3中,植物搜索策略表示为:

(2);

式中, 为沙漠金鼹鼠个体的植物搜索策略周期,为最大迭代次数的一半,j为其中的一个植物搜索策略周期;K为当前迭代次数的一半, ; 为关于K的时间隶属度函数, ; 是当前植物附近的沙漠金鼹鼠个体数量, 是当前植物附近的沙漠金鼹鼠个体的子集, 代表沙漠金鼹鼠个体当前搜寻的植物位置;

所述的S4中,游牧策略表示为:

(3);

式中, 、 、 、 均为在[0,1]的区间内均匀生成的随机数; 、 、、 表示沙漠金鼹鼠个体周围的四个搜索方向,用于探测食物方位; 、 、、 分别表示四个方向的移动距离权值;

所述的S5中,生存更新策略表示为:

(4);

式中, 表示生存更新策略函数, 表示本次迭代最优适应度的值,表示本次迭代最差适应度的值, 表示沙漠金鼹鼠个体k的适应度的值,当沙漠金鼹鼠个体的生存概率低于阈值时,执行公式(5)更新其位置:(5);

式中, 是生存概率低于阈值的沙漠金鼹鼠个体更新后的位置;t2是从1到N中生成的随机数,且t2≠t1≠k, 代表沙漠金鼹鼠个体t2的位置;p随机选择为0或1;

所述的S6中,领地资源函数表示为:

(6);

式中, 即为领地资源函数; 代表各个小组的领地之间的相互影响; 代表边界区域对领地的影响,边界区域是总领地范围的边界; 表示第m个领地的位置;r表示领地位置的半径;ub和lb分别表示搜索区域矩形宽度的上限和下限;d为中间变量, ; 是当前计算领地资源的领地的位置,以总领地范围建立笛卡尔坐标系,x是当前计算领地资源的领地圆心的横坐标位置;y是当前计算领地资源的领地圆心的纵坐标位置;

结合公式(6),公式(3)中的 、 、 、 分别表示为:(7);

(8);

(9);

(10);

所述的S7中,领地互助策略表示为:

(11);

式中, 表示第i个小组更新后的领地最优位置; 表示第i个小组的最差位置;A表示为:

(12);

将沙漠金鼹鼠优化算法应用在无线传感器网络覆盖部署中,每个小组代表一个无线传感器,领地的位置代表无线传感器的覆盖范围,通过沙漠金鼹鼠优化算法迭代获得最优的无线传感器网络覆盖部署方案;

具体应用方式为:

假设监测区域是二维平面,并将其数字化为 个像素点,每个像素点大小为1,在平面上随机抛洒Q个无线传感器,其节点集合表示为 ;节点q的坐标为;

第q个无线传感器与目标像素点 之间的欧式距离为:;使用二元感知模型,无线传感器节点q对目标像素点site的感知概率为: ,r表示领地位置的半径,即无线传感器的覆盖范围的半径;

一旦监测区域的像素点被任何一个无线传感器节点覆盖,该像素点的覆盖率取1;所有无线传感器节点的区域覆盖率C为: ;

WSN覆盖优化的目标是使用最少的传感器达到最大的覆盖率,即为将作为目标函数,使用沙漠金鼹鼠优化算法找到一组无线传感器节点组合使覆盖率最高。

2.根据权利要求1所述的沙漠金鼹鼠优化算法在无线传感器网络覆盖部署中的应用,其特征在于:所述的S1中,最大迭代次数设置为1000次。