基于遺傳算法的無線傳感器網絡定位研究

鄒茜 黃偉

摘 要：隨著現代社會的發展進步，無線傳感器網絡的發展也十分迅猛，尤其是隨著信息技術、科學技術和互聯網技術的發展進步，無線傳感器網絡在人們生活和生產中的使用也是越來越普遍，但是由于無線傳感器網絡節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，提出了無線傳感器網絡定位的新算法，希望通過本文的探究可以為無線傳感器網絡定位提供高一些建議和借鑒。

關鍵詞：無線傳感器網絡 節點定位 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

隨著現代社會科學技術和信息技術的發展進步，無線傳感器網絡在人們生活和生產中的應用是越來越普遍的，無線傳感器網絡在現代社會的發展也十分迅速，無線傳感網絡的出現其實并不久遠，而是在20世紀興起的一種現代技術。無線傳感網絡和技術在現代社會的應用十分普遍，不僅是應用在軍事領域、工業領域，而且還應用在農業領域，在人們的生活和生產中發揮著重要的作用，有著巨大的使用價值和使用前途，并且由于這方面的發展前景十分廣泛，在許多國家的應用也是比較廣泛的，尤其是進入21世紀以來，無線傳感器網絡已經成為現代社會發展中公認的新興的、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展中具有巨大影響的技術之一。

1 無線傳感器網絡概述

現代社會，無線傳感網絡的發展十分迅速，無線傳感網絡主要是由大量的無線傳感器的節點所組成的，并且這些傳感器節點都是被隨機放置在相關的位置，所以對于相關位置的具體位置是很難進行確定的。雖然隨著社會經濟的不斷發展以及信息技術和科學技術的發展進步，我們可以用GPS定位系統來對每個節點的具體位置進行確定，但是我們使用GPS定位系統來精確每個節點的位置成本是比較高的，而且并不是所有的GPS定位系統是可以應用在無線傳感器網絡中的，是不能廣泛使用。而且現在我們使用的無線傳感器網絡的定位算法主要是根據少量的已知位置以及一些可靠的節點通信來對整個的網絡的節點位置來進行估算的。相關學者也進行了研究分析，如在美國的路特葛斯大學的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相關的研究提出了凸規劃求解方法。

2 無線傳感器網絡節點定位算法分析研究

我們在對無線傳感器網絡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絡節點的定位進行分析研究，我們對無線傳感器通過節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點以及一些少量的錨節點之間的通信約束，在這個基礎之上，建立位置節點的位置來作為參數建立定位模型，并且不斷地進行優化研究，而且在這個過程中我們還可以使用遺傳算法對我們優化的模型進行求解參數，通過這些措施我們就可以根據我們計算出來的結果來估計位置節點。

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）。模擬網絡拓撲區域內無線傳感器節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個節點的橫坐標和縱坐標，而i則為這個節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，我們假設無線傳感器有M個節點X=（x1，x2，…，xM，yM）它們的位置上是已知的，其實這也就是錨節點的位置，而后（N-M）個節點X=（xM+1，yM+1，…，xN，yN）主要是為待求的未知節點的未知，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已知的這些M個節點的坐標，來求解與這些節點之間有通信約束關系的（N-M）個未知點的坐標。

2.2 節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，我們是需要對節點之間的通信約束進行分析研究，由于無線傳感器網絡的節點都包含一個電波的射頻發射器和接收器，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，對相關的過程進行假設，假設錨節點節點和未知節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是未知節點，Ai是錨節點，一旦當未知節點X1、X2都處于這個圓中的時候，我們是可以認為錨節點Ai與未知節點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現，圖1（b）則主要是說明了在這個過程中我們是怎樣通過節點無線傳播模型來對節點之間的距離進行估計和計算的。首先是錨節點Ai向周圍發送射頻電波，在這個過程中我們假設未知節點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 定位優化模型分析研究

我們在前面就說了咋無線傳感器網絡中是存在著N個節點的，并且其中的前M個為錨節點，后N-M個為未知節點，針對這些情況我們就可以規無線傳感器網絡節點定位問題是可以歸納出以下的幾個方面：首先是已知錨節點Ai和錨節點與未知節點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點的定位為題轉化為模型優化問題，求解出來的最優解就是未知節點的估計未知。

2.4 遺傳定位算法

本文在對無線傳感器網絡定位進行分析研究的時候，其實主要是通過增加定位的優化名的約束條件來進行分析研究的，并且主要是通過設置遺傳算法的各種各樣的參數等一些計算的方法應用，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，相關的適應度函數主要是如下所示：

（5）

3 結語

本文主要是以遺傳算法為基礎，對無線傳感器網絡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.一種改進的實數自適應遺傳算法[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絡定位新算法[J].高技術通訊，2008，18（6）：579-584.