age為無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋率，CoveredPoint為網(wǎng)格中節(jié)點已覆蓋的 面積，Total化int為網(wǎng)格的總面積，Penalty(U)為無線傳感器網(wǎng)絡啟發(fā)函數(shù)，U為懲罰值。， f。。。。,為無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點評估函數(shù)，Size(X)為無線傳感器網(wǎng)格中所有無線傳感器節(jié)點 的個數(shù)，fenetgy為無線傳感器網(wǎng)絡能耗計算函數(shù)，Max{Energy(kpletion(X 1),i從1依次到 n}為無線傳感器網(wǎng)格中所有節(jié)點中能耗最高的節(jié)點的能量。
[0045] 較佳地，所述染色體編碼單元中所述坐標向量結構作為染色體的編碼具體包括：
[0046] 在模擬監(jiān)控區(qū)域為500*500的等分二維正方形網(wǎng)格中，規(guī)定左下角為坐標原點 (0, 0)，1為最小的單位，其中每一個點可W布置一個無線傳感器節(jié)點，儲存所有已放置無線 傳感器節(jié)點的位置作為染色體的編碼，坐標向量染色體的數(shù)學表示為：
[0047]ind= {(X。yi)依次到（X"y,)}
[0048] 其中，ind指個體，s是無線傳感器節(jié)點的個數(shù)，（X。yi)為坐標點，其中i從1依次 到S，坐標向量用于染色體編碼，可W獲得非常高的運行效率，隨機取點優(yōu)化也變得高效很 多。
[0049] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提出了使用并行分解型多目標進化技術解決無線傳感器 網(wǎng)絡布局問題，該并行方案首先對計算機集群中的每個節(jié)點分配一個進程，然后在各進程 內初始化全局的種群，在進化的部分不同的進程負責全局種群中不同部分的子種群進行進 化操作，同時當各進程有較優(yōu)的理想點出現(xiàn)時，就將其較優(yōu)的理想點傳遞給該進程相鄰的 鄰居進程，同時接收相鄰進程傳遞過來的較優(yōu)理想點，在進化中又使用了化enMP共享內存 多線程并行編程模型進行加速，最后將各進程進化的結果聚集起來，就可W得出完整的全 局種群的Pareto解集，由于該方案首先利用MPI分布式進程級并行編程模型將問題的規(guī)模 大大減小，同時在問題規(guī)模減小的基礎上又利用化enMP共享內存多線程并行編程模型進 行加速，使用MPI結合化enMP混合的并行模型大大的減小了無線傳感器網(wǎng)絡布局的計算時 間，起到了很好的加速比效果。
【附圖說明】
[0050] 圖1為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局方法一實施例的流程 圖。
[0051] 圖2為圖1中步驟S1和S2分配進程、初始化全局種群和理想點的示意圖。
[0化2] 圖3為圖1中步驟S3各進程內子種群進化的示意圖。
[0化3] 圖4為圖1中步驟S5內化enMP共享內存多線程并行編程模型進化加速示意圖。
[0054] 圖5為圖1中步驟S6中Pareto前沿聚集示意圖。
[0055] 圖6為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng)一實施例的結構 框圖。
[0化6] 圖7為圖6中無線傳感器網(wǎng)絡配置模塊一實施例的結構框圖。
[0化7] 圖8為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng)W能耗最優(yōu)得出 的無線傳感器節(jié)點布局。
[0化引圖9為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng)W節(jié)點數(shù)最優(yōu)得 出的無線傳感器節(jié)點布局。
【具體實施方式】
[0化9] W下結合附圖和實例對本發(fā)明的實施作進一步說明。
[0060] 本實施例m十算機集群中節(jié)點數(shù)等于4,種群規(guī)模N等于100為例，附圖中類似的 元件標號代表類似的元件。
[0061] 請參考圖1，本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局方法包括W下步 驟：
[0062] 步驟S1，由MPI分布式進程級并行編程模型根據(jù)計算機集群中節(jié)點的個數(shù)分配相 應數(shù)量的進程數(shù)，進程號為0,1，2,3 ;
[0063] 步驟S2，在所有進程內初始化各自進程內的全局種群和理想點，如圖2所示，其中 圖2中初始化全局種群根據(jù)計算機集群中節(jié)點的個數(shù)被分成4份，其中0,1，2, 3分別代表 全局種群中的子種群0、子種群1、子種群2和子種群3,在MPI分布式進程級并行編程模型 的作用下，在每個進程內都初始化全局種群，同時每個全局種群也被分成4份，其中在節(jié)點 0中，初始化全局種群0,在節(jié)點1中，初始化全局種群1，在節(jié)點2中，初始化全局種群2,在 節(jié)點3中，初始化全局種群3;
[0064] 步驟S3,不同的進程負責各自進程內全局種群中特定部分子種群的進化，如圖3 所示，在4個節(jié)點中，每個節(jié)點都包括了全局種群，在節(jié)點0中即進程0只負責進化全局種 群0中的子種群0,其余部分不進化，即陰影部分不進化，節(jié)點1中即進程1只負責進化全局 種群1中的子種群1，其余部分不進化，即陰影部分不進化，節(jié)點2和節(jié)點3與節(jié)點0和節(jié)點 1類似；
[0065] 步驟S4,進化中當發(fā)現(xiàn)有較優(yōu)的理想點時，將理想點傳遞給相鄰的左右鄰居，如圖 3所示，在每個節(jié)點中當出現(xiàn)較優(yōu)理想點時，將該理想點向相鄰鄰居進行傳遞，傳遞方向即 圖3中黑色箭頭的方向，相鄰鄰居接收到較優(yōu)理想點時和本身理想點進行比較，如果比本 身的理想點優(yōu)，就用接收的較優(yōu)理想點替換本身的理想點，否則忽略接收的較優(yōu)理想點；
[0066] 步驟S5,在進化時，各自進程內利用化enMP共享內存多線程并行編程模型進行加 速，如圖4所示，在化enMP共享內存多線程并行編程模型加速時，主線程遇到需要并行的區(qū) 域時，主線程化rk出對應數(shù)量的子線程，此時并行執(zhí)行該段代碼，遇到join時，所有的結果 再匯集到主線程，程序串行執(zhí)行，直到再次遇到并行區(qū)域；
[0067] 步驟S6,進化結束后，將各進程內負責進化部分的個體組成的Pareto前沿聚集起 來組成全局種群的Pareto前沿，如圖5所示，節(jié)點0將全局種群0中的子種群0進化的結 果保留下來，節(jié)點1將全局種群1中的子種群1進化的結果保留下來，節(jié)點2和節(jié)點3類似， 只保留進化部分的結果。
[0068] 本發(fā)明基于并行的分解型多目標進化技術解決了無線傳感器網(wǎng)絡布局的問題，分 解型多目標進化技術將傳統(tǒng)的數(shù)學分解方法與多目標進化技術相結合，種群的整體進化轉 變?yōu)閱蝹€個體的進化，該就為使用并行的MPI結合化enMP混合模型提供了可能性，分解型 多目標進化技術運行效率與求解質量都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)Pareto占優(yōu)型多目標進化技術，在 此基礎上，又對分解型多目標進化技術進行并行化來求解無線傳感器網(wǎng)絡布局問題，在保 證解集質量的前提下，進一步提高了運行效率，在本實施例中，取得的加速比最優(yōu)為7. 85。
[0069] 再請參考圖6,本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng)包括：
[0070] 無線傳感器網(wǎng)絡配置模塊10,用于對無線傳感器網(wǎng)絡的布局進行配置操作；
[0071] 進程分配模塊11，用于對計算機集群中每個節(jié)點分配一個進程號；
[0072] 種群初始化模塊12,用于各自進程內初始化種群規(guī)模為N的全局種群；
[0073] 種群進化模塊13,用于在各自進程內對種群進行進化操作，在進化時，不同的進程 只負責各自進程中全局種群相應部分子種群的進化，同時在進化時，當各進程發(fā)現(xiàn)有較優(yōu) 理想點時，將該較優(yōu)理想點向左右鄰居進程進行傳遞；
[0074] 化enMP共享內存多線程并行編程模型加速模塊14,用于在各自進程內對程序進 行加速；
[0075]Pareto前沿聚集模塊15,用于進化結束后，將各進程內進化子種群得出的部分 Pareto前沿聚集起來得出全局種群的整體Pareto前沿；W及
[0076] 顯示模塊16,決策者在獲得整體最優(yōu)Pareto前沿總體輪廓之后，再根據(jù)決策者對 目標之間的偏好選擇其中一個最優(yōu)代表解集作為最終的解決方案，然后將此解決方案進行 顯示，如圖8為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng)W能耗最優(yōu)得出的 無線傳感器節(jié)點布局顯示，圖9為本發(fā)明基于并行分解型進化的無線傳感器網(wǎng)絡布局系統(tǒng) W節(jié)點最優(yōu)得出的無線傳感器節(jié)點布局顯示。
[0077]具體的，請參考圖7,為無線傳感器網(wǎng)絡配置模塊10 -實施例的結構框圖。如圖7 所示，無線傳感器網(wǎng)絡配置模塊10具體包括：
[007引監(jiān)控區(qū)域確定單元101，用于確定監(jiān)控區(qū)域為500*500的等分二維正方形網(wǎng)格，并 規(guī)定左下角為圓點（0, 0)，無線傳感器的位置必須布置在二維網(wǎng)格節(jié)點上；
[0079] 覆蓋率限定單元102,用于限定無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋率為100%，無線傳感器網(wǎng)絡 覆蓋率coverage= 100*CoveredPoint/Total化int，同時確保無線傳感器網(wǎng)絡具有連通 性；
[0080] 啟發(fā)函數(shù)計算單元103,用于計算無線傳感器網(wǎng)絡啟發(fā)函數(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡啟發(fā) 函數(shù)化nalty(u) = 10000*11,其中U= 10〇-coverage;
[0081] 染色體編碼單元104,用于將坐標向量結構作為染色體的編碼方式；
[0082] 評估函數(shù)計算單元105,用于計算無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點評估函數(shù)Size