《電子技術(shù)應(yīng)用》
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FW-PSO算法支持下無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略

2023-02-21
來源:周小勇

目前,無線傳感網(wǎng)絡(luò)已廣泛地應(yīng)用在人們的生產(chǎn)生活中,其優(yōu)越的信息傳輸性能,極大地滿足了人們的工作及學(xué)習(xí)需求。但在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實際運行環(huán)境中,由于其復(fù)雜的工作環(huán)境、抗毀性等因素的存在,使信號在傳輸?shù)倪^程中頻繁地出現(xiàn)中斷現(xiàn)象,在這種情況下,一些不法分子就會趁虛而入,對整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊,如散播電腦病毒,利用黑客技術(shù)非法獲取信息資源等。因此,若要全面地解決上述問題,就要對整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行改進(jìn),通過合理運用FW-PSO算法,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一項較為有效的途徑。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202302/443511.htm

1   FW-PS0算法簡介

在無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,F(xiàn)W-PSO 算法若要在最短時間內(nèi)計算出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的合理值,主要是通過采用加快收斂速度這一方式來實現(xiàn)的,而在這一過程中,包括3個方面的內(nèi)容:首先,工作人員會通過PSO 算法,針對粒子群的具體分布情況,采取恰當(dāng)?shù)姆绞綄ζ溥M(jìn)行優(yōu)化,以求能夠挑選出符合要求的粒子,保證粒子的適應(yīng)性,將適應(yīng)性較差的粒子進(jìn)行淘汰,通過上述操作,精簡種群的規(guī)模;其次,充分發(fā)揮煙花算法的作用,從3個環(huán)節(jié)對挑選出來的粒子再次進(jìn)行優(yōu)先:一是爆炸處理環(huán)節(jié),二是變異處理環(huán)節(jié),三是選擇操作環(huán)節(jié),從而得到grounm-n 粒子,該類粒子具有更強的適應(yīng)性;最后,將PSO 算法與煙花算法進(jìn)行有機結(jié)合,進(jìn)一步優(yōu)化處理grounm-n 粒子,通過兩種算法的結(jié)合,增強粒子精選、計算過程的質(zhì)量與效率,提升新粒子的適應(yīng)性,以便于在后續(xù)工作中,有效地增加迭代次數(shù),實現(xiàn)整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化[1]。

2   無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略

2.1 基于無標(biāo)度特性建立WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糢型

若要實現(xiàn)FW-PSO 算法支持下無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化,首先要根據(jù)該算法無標(biāo)度的特性,建立科學(xué)的WSN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糢型,該模型可以實現(xiàn)兩個方面的優(yōu)化與改進(jìn),即對整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,使其更加適應(yīng)當(dāng)前工作的需求;對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的冗余路徑進(jìn)行淘汰,提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行效率,在較短的時間內(nèi)得出計算結(jié)果。通過上述改進(jìn)措施,使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的自然連通度得以提高,進(jìn)而增強無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的抗毀性。另外,建立無標(biāo)度特性的WSN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糢型,還可以在處理數(shù)據(jù)的過程中,有效地降低各項計算、選擇等操作的成本,因此,該模型不僅可以優(yōu)化操作理論及操作步驟,同時也能夠控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運營投入,減少不必要的成本,為整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[2]。

2.2 基于FW-PSO算法的優(yōu)化求解

FW-PSO 作為一種基于電子計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的計算方法,在將其應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時,若要實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)運行性能的優(yōu)化,就要設(shè)計行之有效的優(yōu)化流程。一方面,技術(shù)人員要從已建立的WSN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糢型入手,根據(jù)該模型的無標(biāo)度特性,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運行特點,快速地確定問題所在,尤其是對于連續(xù)優(yōu)化問題,要投入足夠的時間進(jìn)行分析,制定出最優(yōu)的解決方案,并使用WSN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糢型,對各方面的變量進(jìn)行控制,使最優(yōu)解的求解速度得以大幅度地提升。另一方面,從粒子群的尋優(yōu)工作入手,在不影響計算結(jié)果精確性及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運行性能的前提下,最大程度地使粒子環(huán)境的適應(yīng)性得以提高。另外,還要以無線傳感網(wǎng)絡(luò)的整體性能為出發(fā)點,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的偽代碼,使該代碼能夠?qū)崿F(xiàn)高效運行,避免出現(xiàn)代碼冗余問題,使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理效果得以全面提升[3]。FW-PSO算法偽代碼如下:

fpbeat 個體的最佳適應(yīng)度值

fgbeat::群體的最佳適應(yīng)度值

輸入:目標(biāo)函數(shù)f(x),相鄰矩陣A(G)

whilegen<genmas< p="">

計算f(xi)

iff(xi)>fbest(xi)

Thenfbest(xi)<--f(xi)

endif

iff(xi)<ftbest(xi)< p="">

Thenf(xi)<---fbest(xi)

endif

enffor

pgen<-pgen+1

endfor

仿真參數(shù)設(shè)置如下表所示:

表1 仿真參數(shù)設(shè)置


 


3   FW-PSO算法仿真實驗及數(shù)據(jù)分析

3.1 實現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的仿真實驗

無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實驗仿真,能夠在較為全面、精確地驗證FW-PSO 優(yōu)化算法的科學(xué)性,確定其是否有效。具體的實驗參數(shù)設(shè)置如表1 所示,其中,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控區(qū)域的面積設(shè)定為1 萬 m2。在實際工作中,具體的操作過程如下,首先,技術(shù)人員要以無線網(wǎng)絡(luò)運行的特點,建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型,通過該模型得到臨接矩陣,并利用表1 中所設(shè)置的仿真參數(shù),初步對無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;其次,要按照FW-PSO算法的步驟進(jìn)行相關(guān)計算,得到最優(yōu)解,在此基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,改進(jìn)結(jié)構(gòu)中的不足之處[4]。該步驟的實驗結(jié)果如圖1 所示。

迭代次數(shù)

圖1 PSO算法和煙花算法性能比較

隨機攻擊節(jié)點數(shù)

圖2 隨機攻擊情況下的網(wǎng)絡(luò)連通性對比

最后,進(jìn)行連通性對比實驗,其實驗結(jié)果如圖2 所示,對該結(jié)果進(jìn)行分析可以得知:網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自然連通度與進(jìn)貨代數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān),即隨著進(jìn)化代數(shù)的增加,自然連通度也會隨之增加,在運用FW-PSO 算法時,兩者始終呈現(xiàn)著一一對應(yīng)的關(guān)系。從該實驗結(jié)果中可以看出,基于FW-PSO 算法的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化,一方面可以使無線傳感網(wǎng)絡(luò)的抗毀性得以提高,另一方面還可以使算法的收斂效率得以保證。

3.2 對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中抗毀性的分析

抗毀性是影響無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的另一重要因素,對該因素進(jìn)行分析時,要從兩個方面入手,一方面動態(tài)抗毀性分析,另一方面是靜態(tài)抗毀性分析,在具體的工作中,要全面兼顧上述兩個方面的分析,使分析結(jié)構(gòu)的正確性及可靠性得以保證。為了實現(xiàn)有效的抗毀性分析,要做好4 個方面的工作:

1)運行一定程度上的網(wǎng)絡(luò)攻擊,使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在的問題得以暴露,以此來完善級聯(lián)故障檢測流程,并以此為依據(jù),通過動態(tài)抗毀的方式,增加無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量;

2)根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)故障的類型,充分運用FW-PSO算法,確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的襲擊閥值,得到網(wǎng)絡(luò)計算的最優(yōu)解,通過襲擊閥值的統(tǒng)計,使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抗毀性得以提高,為后續(xù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)連通性創(chuàng)造條件;

3)如圖2 所示,技術(shù)人員使用FW-PSO算法計算時,結(jié)合了無線傳感網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)抗毀性分析結(jié)果,從運行效果來看,該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的運行效率得到了全面的提升,其網(wǎng)絡(luò)連通性也得到了極大的增強。因此,通過上述操作,無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的處理效率得到了優(yōu)化,并且,經(jīng)過優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其所遭遇到的襲擊次數(shù)也有了明顯的下降;

4)一般情況下,對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)連通性而言,在攻擊節(jié)點個數(shù)增加的情況下,連通性會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象,但運用FW-PSO 算法時,所得到連通性的下降速度會明顯地減慢,由此可以判定,F(xiàn)W-PSO 算法能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連通性形成促進(jìn)作用。并且,利用FW-PSO算法優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其隨機故障的應(yīng)對能力也得到了較大的提升,保證了該無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的安全性,使該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定地運行[5]。

4   結(jié)束語

FW-PSO 算法的先進(jìn)性及有效性,對實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的良好性能而言是至關(guān)重要的,因此,要對該算法引起足夠的重視,運用合理的策略對其進(jìn)行優(yōu)化,提升其在無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的應(yīng)用效果。本文對FW-PSO算法所進(jìn)行的優(yōu)化,是建立在以往煙花算法基礎(chǔ)之上的,能夠?qū)崿F(xiàn)算法的多樣性,對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行全面搜索,一方面加強了收斂的效率,另一方面完善了數(shù)據(jù)的管理,構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型,促進(jìn)FWPSO算法的應(yīng)用,并設(shè)置合理的調(diào)控措施,對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的變量進(jìn)行控制,確保整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。希望該優(yōu)化策略能夠為相關(guān)從業(yè)者提供參考。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙夢龍.無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的FW-PSO算法優(yōu)化分析[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(3):2.

[2] 劉貴云,林宇寧,鐘曉靜,等.一種可充電無線傳感網(wǎng)絡(luò)的勢博弈拓?fù)浞椒?CN112512001A[P].2021.

[3] 韋運玲.自適應(yīng)人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法的無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].電子測量技術(shù),2020,43(1):85-89.

[4] 徐瑋瑋,張群.無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2019,16(25):126-130.

[5] 金鑫,婁文忠,王輔輔.基于AdHoc無線傳感網(wǎng)絡(luò)的三維智能組網(wǎng)優(yōu)化算法設(shè)計研究[J].兵工學(xué)報,2015,36(5):874-878.

(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期)



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