FW-PSO算法支持下無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略

目前，無線傳感網(wǎng)絡已廣泛地應用在人們的生產(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習需求。但在無線傳感網(wǎng)絡的實際運行環(huán)境中，由于其復雜的工作環(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)絡進行攻擊，如散播電腦病毒，利用黑客技術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)絡的性能進行改進，通過合理運用FW-PSO算法，優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是一項較為有效的途徑。

1   FW-PS0算法簡介

在無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中，FW-PSO 算法若要在最短時間內(nèi)計算出網(wǎng)絡數(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?shù)姆绞綄ζ溥M行優(yōu)化，以求能夠挑選出符合要求的粒子，保證粒子的適應性，將適應性較差的粒子進行淘汰，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性；最后，將PSO 算法與煙花算法進行有機結(jié)合，進一步優(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)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化^[1]。

2   無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略

2.1 基于無標度特性建立WSN拓撲結(jié)構(gòu)糢型

若要實現(xiàn)FW-PSO 算法支持下無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，首先要根據(jù)該算法無標度的特性，建立科學的WSN 拓撲結(jié)構(gòu)糢型，該模型可以實現(xiàn)兩個方面的優(yōu)化與改進，即對整個網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其更加適應當前工作的需求；對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的冗余路徑進行淘汰，提升網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行效率，在較短的時間內(nèi)得出計算結(jié)果。通過上述改進措施，使網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的自然連通度得以提高，進而增強無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的抗毀性。另外，建立無標度特性的WSN 拓撲結(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)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化奠定基礎^[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)絡技術的計算方法，在將其應用于無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)時，若要實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)運行性能的優(yōu)化，就要設計行之有效的優(yōu)化流程。一方面，技術人員要從已建立的WSN 拓撲結(jié)構(gòu)糢型入手，根據(jù)該模型的無標度特性，結(jié)合網(wǎng)絡結(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行分析，制定出最優(yōu)的解決方案，并使用WSN 拓撲結(jié)構(gòu)糢型，對各方面的變量進行控制，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)境的適應性得以提高。另外，還要以無線傳感網(wǎng)絡的整體性能為出發(fā)點，優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結(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)絡拓撲結(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 個體的最佳適應度值

fgbeat:：群體的最佳適應度值

輸入：目標函數(shù)f(x)，相鄰矩陣A(G)

whilegen<genmas

計算f(xi)

iff(xi)>fbest(xi)

Thenfbest(xi)<--f(xi)

endif

iff(xi)<ftbest(xi)

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

endif

enffor

pgen<-pgen+1

endfor

仿真參數(shù)設置如下表所示：

表1 仿真參數(shù)設置

3   FW-PSO算法仿真實驗及數(shù)據(jù)分析

3.1 實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化的仿真實驗

無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的實驗仿真，能夠在較為全面、精確地驗證FW-PSO 優(yōu)化算法的科學性，確定其是否有效。具體的實驗參數(shù)設置如表1 所示，其中，網(wǎng)絡監(jiān)控區(qū)域的面積設定為1 萬 m²。在實際工作中，具體的操作過程如下，首先，技術人員要以無線網(wǎng)絡運行的特點，建立網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的模型，通過該模型得到臨接矩陣，并利用表1 中所設置的仿真參數(shù)，初步對無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；其次，要按照FW-PSO算法的步驟進行相關計算，得到最優(yōu)解，在此基礎上對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，改進結(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)絡連通性對比

最后，進行連通性對比實驗，其實驗結(jié)果如圖2 所示，對該結(jié)果進行分析可以得知：網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中自然連通度與進貨代數(shù)呈現(xiàn)正相關，即隨著進化代數(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)著一一對應的關系。從該實驗結(jié)果中可以看出，基于FW-PSO 算法的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化，一方面可以使無線傳感網(wǎng)絡的抗毀性得以提高，另一方面還可以使算法的收斂效率得以保證。

3.2 對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中抗毀性的分析

抗毀性是影響無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化的另一重要因素，對該因素進行分析時，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)絡攻擊，使網(wǎng)絡結(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)絡的節(jié)點數(shù)量；

2）根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡級聯(lián)故障的類型，充分運用FW-PSO算法，確定網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的襲擊閥值，得到網(wǎng)絡計算的最優(yōu)解，通過襲擊閥值的統(tǒng)計，使網(wǎng)絡結(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，技術人員使用FW-PSO算法計算時，結(jié)合了無線傳感網(wǎng)絡靜態(tài)抗毀性分析結(jié)果，從運行效果來看，該網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的運行效率得到了全面的提升，其網(wǎng)絡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)絡拓撲結(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)絡拓撲結(jié)構(gòu)的連通性形成促進作用。并且，利用FW-PSO算法優(yōu)化后的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其隨機故障的應對能力也得到了較大的提升，保證了該無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的安全性，使該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定地運行^[5]。

4   結(jié)束語

FW-PSO 算法的先進性及有效性，對實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的良好性能而言是至關重要的，因此，要對該算法引起足夠的重視，運用合理的策略對其進行優(yōu)化，提升其在無線傳感網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中的應用效果。本文對FW-PSO算法所進行的優(yōu)化，是建立在以往煙花算法基礎之上的，能夠?qū)崿F(xiàn)算法的多樣性，對各項數(shù)據(jù)進行全面搜索，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)絡模型，促進FWPSO算法的應用，并設置合理的調(diào)控措施，對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的變量進行控制，確保整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。希望該優(yōu)化策略能夠為相關從業(yè)者提供參考。

參考文獻：

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

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期）