目錄

1.程序功能描述

2.測(cè)試軟件版本以及運(yùn)行結(jié)果展示

3.核心程序

4.本算法原理

4.1?虛擬力優(yōu)化算法

4.2 覆蓋覆蓋率計(jì)算

5.完整程序

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1.程序功能描述

? ? ? ?基于虛擬力優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，仿真輸出優(yōu)化前后的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，覆蓋率優(yōu)化收斂迭代曲線。

2.測(cè)試軟件版本以及運(yùn)行結(jié)果展示

MATLAB2022a版本運(yùn)行

3.核心程序

........................................................................
for t=1:Iter1Fsvh = sqrt(Fsh^2+Fsv^2);if Fsvh==0Pxy(i,1)=Pxy(i,1)+0;Pxy(i,2)=Pxy(i,2)+0;elsePxy(i,1)=Pxy(i,1)+Fsh/Fsvh*step2*exp(-1/Fsvh);Pxy(i,2)=Pxy(i,2)+Fsv/Fsvh*step2*exp(-1/Fsvh);end%約束if Pxy(i,1)<XminPxy(i,1)=Xmin;endif Pxy(i,1)>XmaxPxy(i,1)=Xmax;endif Pxy(i,2)<YminPxy(i,2)=Ymin;endif Pxy(i,2)>YmaxPxy(i,2)=Ymax;endend% 重新計(jì)算覆蓋率[Kidxs,summ,k1]=func_cover(Xk1,Yk1,Pxy,Radius);  Fgl(t) = summ/K;endfigure;
plot(Fgl)
xlabel('迭代次數(shù)');
ylabel('覆蓋率收斂曲線');figure,
scales=[Xmin Ymin;Xmin Ymax;Xmax Ymax;Xmax Ymin];
fill(scales(:,1),scales(:,2),[0.8,0.8,0.8]);
hold on
plot(Pxy(:,1),Pxy(:,2),'r.','linewidth',5);
for i=1:Nodesx1=Pxy(i,1)+Radius*cos(w);y1=Pxy(i,2)+Radius*sin(w);hold onfill(x1,y1,'g')
end
axis([0 1000 0 900]);
xlabel('X/m');
ylabel('Y/m');
hold on
plot([Xmin Xmax],[Ymin Ymin],'k','linewidth',2);
hold on
plot([Xmin Xmin],[Ymin Ymax],'k','linewidth',2);
hold on
plot([Xmax Xmax],[Ymin Ymax],'k','linewidth',2);
hold on
plot([Xmin Xmax],[Ymax Ymax],'k','linewidth',2);
title(['優(yōu)化后分布,覆蓋率為：',num2str(Fgl(end))]);
30

4.本算法原理

? ? ? ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks, WSNs）由大量散布在特定區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集和數(shù)據(jù)的無線傳輸。網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率是衡量WSNs性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它反映了網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的感知能力。為了提高覆蓋率，研究者們提出了多種方法，其中基于虛擬力優(yōu)化（Virtual Force-based Optimization）的方法因其直觀性和有效性而備受關(guān)注。

4.1?虛擬力優(yōu)化算法

? ? ? ? 虛擬力優(yōu)化算法是一種基于物理模型的優(yōu)化算法。它通過模擬物理力學(xué)的作用，從而對(duì)待優(yōu)化問題的解進(jìn)行優(yōu)化。其基本思想是將待優(yōu)化問題的解表示為一組點(diǎn)的位置，然后引入一些虛擬力（如斥力、引力等），從而對(duì)點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu)化。

? ? ? ? 虛擬力優(yōu)化算法包括以下幾個(gè)步驟：

初始化點(diǎn)的位置：隨機(jī)生成一組初始點(diǎn)的位置。

計(jì)算虛擬力：根據(jù)問題的特點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的斥力和引力。

更新點(diǎn)的位置：根據(jù)虛擬力的作用，更新每個(gè)點(diǎn)的位置。

終止條件：達(dá)到預(yù)定的終止條件后，輸出最優(yōu)解。

計(jì)算虛擬力：根據(jù)問題的特點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的斥力和引力。具體來說，可以采用以下幾個(gè)虛擬力：

（1）斥力：用于避免傳感器之間的重疊。斥力大小與傳感器之間的距離成反比，距離越近，斥力越大。

（2）引力：用于吸引傳感器到目標(biāo)區(qū)域。引力大小與傳感器與目標(biāo)區(qū)域的距離成反比，距離越近，引力越大。

（3）墻壁斥力：用于避免傳感器與墻壁的碰撞。墻壁斥力大小與傳感器與墻壁的距離成反比，距離越近，斥力越大。

更新點(diǎn)的位置：根據(jù)虛擬力的作用，更新每個(gè)點(diǎn)的位置。具體來說，根據(jù)每個(gè)點(diǎn)所受到的虛擬力的大小和方向，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的加速度，然后根據(jù)加速度更新每個(gè)點(diǎn)的速度和位置。

重復(fù)步驟4和5，直到達(dá)到預(yù)定的終止條件。

4.2 覆蓋覆蓋率計(jì)算

? ? ? 覆蓋的計(jì)算，采用的是平面掃描法，對(duì)于兩種傳感器，一個(gè)圓形，一個(gè)正方形，那么對(duì)于每次優(yōu)化得到的坐標(biāo)，我們對(duì)整個(gè)平面區(qū)域進(jìn)行掃描，計(jì)算每一個(gè)點(diǎn)是否處于某個(gè)或者多個(gè)傳感器，如果滿足這個(gè)條件，那么這個(gè)點(diǎn)計(jì)入到覆蓋區(qū)域里面，然后掃描完所有點(diǎn)之后，統(tǒng)計(jì)一共多少個(gè)點(diǎn)唄掃描進(jìn)去了，即覆蓋率。

5.完整程序

VVV