本技術涉及通信網絡覆蓋，更具體地，涉及基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法。

背景技術：

1、電磁頻譜監(jiān)測設備在任務區(qū)域內的部署直接影響電磁頻譜監(jiān)測網絡的覆蓋性能、連通性能和資源使用效能等諸多網絡性能指標，需要一種科學有效的方法來支撐任務區(qū)域內電磁頻譜監(jiān)測網絡的規(guī)劃和調整部署。因此，任務區(qū)域內電磁頻譜監(jiān)測網絡的部署是一個迫切需要解決的問題。電磁頻譜監(jiān)測網絡部署靈活多變，根據不同的任務需求、參與單位數量、地形限制、設備數量等條件，網絡結構也會發(fā)生變化。另外，當初始部署后出現(xiàn)未達到網絡性能指標要求，或任務區(qū)域改變后需快速調整部署時，需對電磁頻譜監(jiān)測網絡進行二次部署，用以改善電磁頻譜監(jiān)測網絡服務性能。由此可見，完全依靠相關人員的經驗臨機部署電磁頻譜監(jiān)測網絡是不科學的，迫切需要一種能夠根據用戶需求及態(tài)勢變化來動態(tài)調整電磁頻譜監(jiān)測網絡的部署方法。

2、目前，研究人員提出了基于虛擬力、計算幾何、粒子群優(yōu)化算法等多種面向傳統(tǒng)無線電傳感器網絡的部署方法，未充分考慮電磁頻譜監(jiān)測網絡的特殊應用場景，針對性和有效性不強。

3、基于虛擬力的部署算法在應用過程中會對電磁頻譜監(jiān)測設備的初始分布狀態(tài)要求較高，當電磁頻譜監(jiān)測設備初始分布出現(xiàn)部分聚集時，可能導致任務區(qū)域出現(xiàn)部分未覆蓋的區(qū)域，甚至會使部分電磁頻譜監(jiān)測設備從監(jiān)測區(qū)域移出，直接影響最后的網絡部署效果。該算法應用于高連通度要求的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署時，還可能會出現(xiàn)部分電磁頻譜監(jiān)測設備出現(xiàn)聚集的情況。

4、基于計算幾何的部署算法能夠在電磁頻譜監(jiān)測設備數量充足的前提下，實現(xiàn)對任務區(qū)域的監(jiān)測覆蓋。但是，該算法的計算復雜度較高，在電磁頻譜監(jiān)測網絡部署需要較多設備數量參與的情況下，會因生成voronoi圖出現(xiàn)計算量大、耗時長等問題。如果缺少監(jiān)測區(qū)域邊界信息，容易造成邊界區(qū)域得不到覆蓋。

5、基于粒子群優(yōu)化算法的部署方法在解決電磁頻譜監(jiān)測網絡區(qū)域覆蓋問題時，表現(xiàn)出較高的求解精度以及較快運算速度。但是，運用粒子群優(yōu)化算法解決電磁頻譜監(jiān)測網絡區(qū)域覆蓋率最大化問題時，尋優(yōu)粒子通常會容易出現(xiàn)向著自身最優(yōu)解以及群體最優(yōu)解的方向聚集的情況，從而使得粒子種群形成快速趨同現(xiàn)象，導致電磁頻譜監(jiān)測網絡區(qū)域覆蓋率的尋優(yōu)過程過早收斂或陷入局部最優(yōu)解。

6、目前，對電磁頻譜監(jiān)測網絡部署暫沒有統(tǒng)一的模式，上述各種方法分別從不同的角度思考問題，但較少用戶需求及態(tài)勢變化情況下電磁頻譜監(jiān)測網絡的規(guī)劃和調整部署問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的至少一個缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，能夠使電磁頻譜監(jiān)測移動距離盡量減到最小，從而提高了電磁頻譜監(jiān)測網絡部署效率，增強了電磁頻譜監(jiān)測網絡的覆蓋性能、連通性能和資源使用效能等諸多網絡性能指標。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，該方法包括：

3、確定多個分目標優(yōu)化函數，分目標優(yōu)化包括網絡區(qū)域覆蓋率最高的優(yōu)化目標、電磁頻譜監(jiān)測設備位移最小的優(yōu)化目標與最小冗余覆蓋面積的優(yōu)化目標；

4、將多個分目標函數加權求和轉化成綜合目標函數；

5、基于多目標差分進化算法求解電磁頻譜監(jiān)測網絡部署優(yōu)化問題，具體包括：

6、s1：對初始種群個體進行編碼，完成種群初始化，獲得目標向量；

7、s2：隨機選擇種群中的若干個個體參與變異操作，形成變異向量；

8、s3：在交叉概率作用下選擇所述目標向量與所述變異向量交叉重組形成實驗向量；

9、s4：比較所述目標向量與所述實驗向量的適應度評價函數值，將適應度評價函數數值更優(yōu)的向量保存；

10、s5：若達到設定的最大迭代次數，則執(zhí)行s6，若未達到最大迭代次數，則跳轉到s2；

11、s6：將末次迭代產生的最佳個體作為最優(yōu)解并輸出。

12、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述網絡區(qū)域覆蓋率最高的優(yōu)化目標具體表示為：

13、當電磁頻譜監(jiān)測設備oi對任務區(qū)域中任意柵格點(x,y)實現(xiàn)覆蓋，將此狀態(tài)記為ii，把ii出現(xiàn)的概率用p(ii)表示：

14、

15、當柵格點(x,y)被任務區(qū)域內的電磁頻譜監(jiān)測設備集合o中任意一個電磁頻譜監(jiān)測設備所覆蓋，就認定該電磁頻譜監(jiān)測設備集合對柵格點(x,y)實現(xiàn)覆蓋，將電磁頻譜監(jiān)測設備集合o的覆蓋率，記為：

16、

17、以任務區(qū)域中的單個柵格面積δx×δy對任務區(qū)域進行劃分，使任務區(qū)域離散后形成a×b個柵格，網絡區(qū)域覆蓋率函數為：

18、

19、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述電磁頻譜監(jiān)測設備位移最小的優(yōu)化目標具體表示為：

20、定義優(yōu)化過程中電磁頻譜監(jiān)測設備oi的位移為di，電磁頻譜監(jiān)測設備oi的初始位置和優(yōu)化后的位置分別用(xi,yi)和(x′i,y′i)表示；

21、

22、電磁頻譜監(jiān)測設備的位移函數為：

23、

24、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述最小冗余覆蓋面積的優(yōu)化目標具體表示為：

25、定義冗余覆蓋面積函數為：

26、

27、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述將多個分目標函數加權求和轉化成綜合目標函數，具體通過下式實現(xiàn)：

28、fgof(x)＝ω1f1(x)+ω2f2(x)+ω3f3(x)

29、其中，ω1為所述網絡區(qū)域覆蓋率函數的加權因子，ω2為所述電磁頻譜監(jiān)測設備的位移函數的加權因子，ω3為所述最小冗余覆蓋面積函數的加權因子。

30、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，還包括：

31、將電磁頻譜監(jiān)測設備部署方案視為所述群體中的個體，將所述個體表示為基因組的集合：

32、g＝{o1,o2,...,oi}，i∈m

33、其中，oi代表染色體，m代表種群個體的數量；oi＝(xi,yi)表示任務區(qū)域內電磁頻譜監(jiān)測設備i的初始位置坐標。

34、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述種群初始化的過程具體包括：

35、構建種群規(guī)模數值為m、每個個體向量維值為n的初始種群，在n維空間里隨機產生m個個體，編號標記為i的個體的第j維值取值如下式所示：

36、xi,j(0)＝lj-min+rand(0,1)(lj_max-lj_min)i＝1,2,...m，j＝1,2,...n

37、其中，randj(0,1)取值為0至1的隨機數。

38、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述隨機選擇種群中的若干個個體參與變異操作，形成變異向量，具體包括：

39、迭代至第t次時，隨機選擇種群中的個體xp1(t)、xp2(t)和xp3(t)參與變異操作，且要滿足條件p1≠p2≠p3，形成的變異向量為：

40、hi(t+1)＝xp1(t)+f.(xp2(t)-xp3(t))

41、其中，(xp2(t)-xp3(t))為控制偏差向量，f為控制偏差向量放大系數的縮放因子。

42、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述在交叉概率作用下選擇所述目標向量與所述變異向量交叉重組形成實驗向量，通過下式實現(xiàn)：

43、

44、其中，ui,j(t+1)為實驗向量，xi,j(t)為目標向量hi,j(t+1)為變異向量。

45、進一步地，上述基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，其中，所述比較所述目標向量與所述實驗向量的適應度評價函數值，將適應度評價函數數值更優(yōu)的向量保存，通過下式實現(xiàn)：

46、

47、其中，f(xi(t))表示編號為i的第t次迭代個體的適應度評價函數。

48、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

49、本發(fā)明提供的基于多目標差分進化算法的電磁頻譜監(jiān)測網絡部署方法，通過采用改進的多目標差分進化算法對網絡區(qū)域覆蓋率最高的優(yōu)化目標、電磁頻譜監(jiān)測設備位移最小的優(yōu)化目標與最小冗余覆蓋面積的優(yōu)化目標同時進行優(yōu)化，在提升電磁頻譜監(jiān)測網絡區(qū)域覆蓋性能的同時，還能夠使電磁頻譜監(jiān)測移動距離盡量減到最小，從而提高了電磁頻譜監(jiān)測網絡部署效率，增強了電磁頻譜監(jiān)測網絡的覆蓋性能、連通性能和資源使用效能等諸多網絡性能指標。