張倩

摘要??? 目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行中，優(yōu)化部署方案中，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置移動(dòng)引起節(jié)點(diǎn)間共享密鑰破壞安全通信鏈路等問題考慮的不夠周全。此種情況下，本文主要論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多目標(biāo)安全優(yōu)化部署相關(guān)問題。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 優(yōu)化部署

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點(diǎn)目標(biāo)安全優(yōu)化部署相關(guān)模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署模型

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)在二維平面T區(qū)域部署中，隨機(jī)部署N個(gè)感知半徑Rs與通信半徑Rc相同的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（下文簡稱節(jié)點(diǎn)）。其節(jié)點(diǎn)集是S={S1，S2，S3，...，SN}，在此其中，節(jié)點(diǎn)Si的坐標(biāo)位置可表述為（x，y）。SiSi

1.2 多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)學(xué)安全優(yōu)化部署模型

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可將多目標(biāo)組合優(yōu)化問題視為一組參數(shù)決策變量到另一組目標(biāo)的映射過程。對于多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)安全優(yōu)化部署問題，網(wǎng)絡(luò)安全性的提高是值得深入考量的問題，同時(shí)確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋率得到提升。所以，應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化策略，基于安全性與覆蓋率考慮，設(shè)計(jì)兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)。此種情況下，基于安全連通度，為多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建數(shù)學(xué)優(yōu)化部署模型，具體如下所示：

在上述公式中，X=（xS1，yS1，xS2，yS2，...，xSN，ySN）表示2N維的決策變量，而y則表示2維目標(biāo)向量;而f1（x）與f2（x）分別表示節(jié)點(diǎn)安全連通度與網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等相關(guān)目標(biāo)函數(shù);i∈[1，N]，j∈[1，N]，i=?j，滿足d（Si，Sj）≤Rc條件，是節(jié)點(diǎn)全連通約束力，其中d（Si，Sj）是節(jié)點(diǎn)Si與Sj間的歐氏距離;而d（Si，S'i）≤dth表示節(jié)點(diǎn)移動(dòng)能耗約束力，d（Si，S'i）是節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后及其初始位置間的距離，在此過程中，dth是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)最大范圍值。

1.3 多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)安全優(yōu)化部署約束條件

（1）節(jié)點(diǎn)權(quán)連通性約束。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)全連通性，確保了網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)間，至少存在一條可直接或間接實(shí)現(xiàn)通信的渠道，該約束具體可用公式表示為：

（2）多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)型能耗約束。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限，所以節(jié)點(diǎn)移動(dòng)能耗問題是值得考慮的，合理限定節(jié)點(diǎn)移動(dòng)最大距離。其能耗約束可用公式d（Si，S'i）≤dth進(jìn)行表示。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化結(jié)果

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，仿真旨在通過對比考慮覆蓋率，改善粒子群算法單目標(biāo)優(yōu)化覆蓋及安全連通性，以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋率多目標(biāo)粒子群算法，對多目標(biāo)粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以此分析其覆蓋率與安全連接情況。

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋率

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)部署中，單目標(biāo)粒子群初始部署與改進(jìn)覆蓋優(yōu)化與安全連通性，還有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率多目標(biāo)粒子群算法覆蓋優(yōu)化與改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率仿真結(jié)果，圓代表節(jié)點(diǎn)通信半徑。對比節(jié)點(diǎn)初始部署，迭代運(yùn)行200次算法后，節(jié)點(diǎn)分布也會(huì)更加均勻，一定程度上有效提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量也得到了明顯提升，隨著算法迭代次數(shù)的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率也隨之不斷增長。初始部署過程中，節(jié)點(diǎn)覆蓋率達(dá)到72.64%，運(yùn)行200次算法后，分析單目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率優(yōu)化算法，就可將網(wǎng)絡(luò)覆蓋率提高到98.53%。粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法與改進(jìn)中，基于安全連通性與網(wǎng)絡(luò)覆蓋率粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法，分別實(shí)現(xiàn)了95.94%與97.69%的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)安全連通度

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署過程中，初始部署工作中，相鄰節(jié)點(diǎn)之間都存在對應(yīng)的共享密鑰，以此構(gòu)建安全性通信連接?；趦?yōu)化算法，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率提高基礎(chǔ)上，使得共享密鑰間的安全連接遭到了一定的破壞，從而降低了節(jié)點(diǎn)間的安全性連通。節(jié)點(diǎn)初始部署與單目標(biāo)粒子群改善優(yōu)化算法、多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法與改進(jìn)后，迭代200次算法后，共享密鑰節(jié)點(diǎn)間存在安全連接仿真結(jié)果如圖1所示。在對比圖中，連線表示節(jié)點(diǎn)間共享密鑰安全性連接。經(jīng)過200次算法運(yùn)行后，安全連接個(gè)數(shù)會(huì)逐漸減少，同時(shí)還會(huì)降低節(jié)點(diǎn)間的安全連通度。在實(shí)際工作中，要根據(jù)實(shí)際情況確定共享密鑰節(jié)點(diǎn)安全連接個(gè)數(shù)與連通度。

2.3 收斂性算法

對算法收斂速度進(jìn)行對比基礎(chǔ)上，可發(fā)現(xiàn)算法運(yùn)行效率，本文改進(jìn)粒子群算法與傳統(tǒng)粒子群算法有相通的迭代次數(shù)，因而節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率也會(huì)更高。另外，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率也會(huì)在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大值。

3 結(jié)束語

綜上所述，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)優(yōu)化部署中，基于改進(jìn)多目標(biāo)粒子群，本文設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)安全優(yōu)化部署方案，設(shè)置節(jié)點(diǎn)安全連通度與網(wǎng)絡(luò)覆蓋率目標(biāo)函數(shù)基礎(chǔ)上，探索滿足節(jié)點(diǎn)權(quán)連通與節(jié)點(diǎn)移動(dòng)能耗等約束條件的解集，為有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安全部署問題創(chuàng)造條件。對多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法改進(jìn)過程中，采用自適應(yīng)性調(diào)整慣性權(quán)重與精英檔案策略，解決節(jié)點(diǎn)安全部署出現(xiàn)的問題，相較之粒子群優(yōu)化算法，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率與節(jié)點(diǎn)安全連通度達(dá)到最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

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