混沌优化细菌觅食算法的传感器节点部署策略

ｃｏｌｏｎｙ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ａｎｄ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｆｏｒａ—
ｇｉｎｇ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｆｏｒ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｃａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
第 ３ｌ卷 第 １期 ２０１８年 １月
传 感 技 术 学 报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ
Ｖ０１．３１ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１８
Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｏｄｅ Ｄｅｐｌｏｙｍ ｅｎｔ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ｃｈａｏｔｉｃ Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｆｏｒａｇｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
和剩余能量均衡 函数作为优化 因子构造 目标 函数综 合优化 模型 。在 优化阶段 ，设 置菌群 密度 函数 因子 、细菌碰 壁反 弹因子 、
混沌 扰动的趋向序列 、动 态趋 向步长、菌群交叉和变异算 子及动 态细 菌迁徙概率 等机 制改进细 菌觅食算 法 以提 升优化 效率 。
仿真实验表 明．使用 改进 后的混沌细菌觅食优化策略能够有效优化无线传感器 网络的节点覆 盖 ，使优 化后 的无线 传感器 网络
ｎｏｄｅｓ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍ ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｌｉｆｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｎｏｄｅ ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ；ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｆｏｒａｇｉｎｇ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ；ｃｏｖｅｒａｇｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｆｏｒａｇｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅｓ，ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｖａ—
ｃａｎｃｙ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ
ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｄｏｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｅｌｉｎ，Ｈ Ｕ Ｚｈｏｎｇｄｏｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｘｉ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅｓ，ａ ｎｏｄｅ ｄｅｐｌｏｙｍ ｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈａｏｔｉｃ
ＥＥＡＣＣ：７２３０
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－１６９９．２０１８．０１．０１９
混 沌 优 化 细菌 觅食 算 法 的传 感 器 节 点部 署 策 略 木
王振东 ，陈峨霖 ，胡 中栋
（江西理工大学信 息工 程学院 ，江西 赣州 ３４１０００）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘 要 ：为了增加节点的有效覆盖率，设计一种混沌优化细菌觅食的节点部署策略。首先使用节点有效覆盖率、节点闲置率
具有更高的网络综合利用率及更长 的监测寿命 。
关 键 词 ：无 线传 感器网络 ；节点部署 ；细菌觅食算法 ；覆盖优化
中 图分类 号 ：ＴＰ３Ｏ１．６
文献标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１００４－１６９９（２０１８）０１－０１１０－０９
广泛应用 于地质监测 、环境保护等领 域 的 自组织 多跳无线 传感器 网络 ＷＳＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ） 具有部署灵 活 、成本低廉 、覆盖范 围广等 优点 ｜１ｊ，但监 测 区域 的大范 围随机 部署 会 带来 节点 分 布不 均 匀 问 题 ｌ２］，针对该 问题 ，众 多 学者 运用 群智 能 仿生 算 法进 行优化 处理 ｌ３］。文 献 『４］基 于人 工 鱼 群 算 法 构 建 网 络覆盖 模 型 ．通 过模 型求 解 来 优 化 网络 覆 盖 。文献 ［５］利用概 率 感 知模 型将 遗 传算 法 与 粒 子群 算 法 相 结合来优 化 网络 覆 盖 。文献 ［６］提 出使 用 有 效 质 心 和重 叠质心改 进虚 拟力 计算 公 式 和节 点往 复运 动 优 化 网络节点部 署 。为 了克服 粒子 群算 法 容 易 陷入 局 部最 优等 ，后期 收敛速度慢等 缺点 ，文献 ［７］采用混 沌
运 动对原始算 法 进 行 了优 化 。文 献 ［８］提 出一 种 在 不 同网络规模 及 连通度 都 可 以明显 提 高传感 器 网络 的节点定位 准确 度 及 网络覆 盖 率 的算 法 。文献 ［９］ 采用 改进蚁群算 法 的方 式优 化 离散 监测 区域 的 网络 覆盖率 。上述群 智能算法在 ＷＳＮ覆盖优化 问题上 取 得 了较大成效 ，但也 存在 诸 如求 解 复杂 度 高 、收 敛 速 度慢 、收敛精度 低 、运算成本大 等问题 。
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ，ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｂａｃ— ｔｅｒｉａ ｒｅｂｏｕｎｄ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈａｏｔｉｃ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈｅｍｏｔａｃｔｉｃ ｓｔｅｐ—ｓｉｚｅ，ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ