FW-PSO算法支持下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(yōu)化策略

目前，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )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(mǎn)足了人們的工作及學(xué)習需求。但在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的實(shí)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，使信號在傳輸的過(guò)程中頻繁地出現中斷現象，在這種情況下，一些不法分子就會(huì )趁虛而入，對整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行攻擊，如散播電腦病毒，利用黑客技術(shù)非法獲取信息資源等。因此，若要全面地解決上述問(wèn)題，就要對整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的性能進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)合理運用FW-PSO算法，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )拓撲結構是一項較為有效的途徑。

1   FW-PS0算法簡(jiǎn)介

在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中，FW-PSO 算法若要在最短時(shí)間內計算出網(wǎng)絡(luò )數據的合理值，主要是通過(guò)采用加快收斂速度這一方式來(lái)實(shí)現的，而在這一過(guò)程中，包括3個(gè)方面的內容：首先，工作人員會(huì )通過(guò)PSO 算法，針對粒子群的具體分布情況，采取恰當的方式對其進(jìn)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(jìn)行淘汰，通過(guò)上述操作，精簡(jiǎn)種群的規模；其次，充分發(fā)揮煙花算法的作用，從3個(gè)環(huán)節對挑選出來(lái)的粒子再次進(jìn)行優(yōu)先：一是爆炸處理環(huán)節，二是變異處理環(huán)節，三是選擇操作環(huán)節，從而得到grounm-n 粒子，該類(lèi)粒子具有更強的適應性；最后，將PSO 算法與煙花算法進(jìn)行有機結合，進(jìn)一步優(yōu)化處理grounm-n 粒子，通過(guò)兩種算法的結合，增強粒子精選、計算過(guò)程的質(zhì)量與效率，提升新粒子的適應性，以便于在后續工作中，有效地增加迭代次數，實(shí)現整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(yōu)化^[1]。

2   無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(yōu)化策略

2.1 基于無(wú)標度特性建立WSN拓撲結構糢型

若要實(shí)現FW-PSO 算法支持下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(yōu)化，首先要根據該算法無(wú)標度的特性，建立科學(xué)的WSN 拓撲結構糢型，該模型可以實(shí)現兩個(gè)方面的優(yōu)化與改進(jìn)，即對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行優(yōu)化，使其更加適應當前工作的需求；對網(wǎng)絡(luò )結構中的冗余路徑進(jìn)行淘汰，提升網(wǎng)絡(luò )系統的運行效率，在較短的時(shí)間內得出計算結果。通過(guò)上述改進(jìn)措施，使網(wǎng)絡(luò )結構中的自然連通度得以提高，進(jìn)而增強無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的抗毀性。另外，建立無(wú)標度特性的WSN 拓撲結構糢型，還可以在處理數據的過(guò)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?xún)?yōu)化操作理論及操作步驟，同時(shí)也能夠控制網(wǎng)絡(luò )結構的運營(yíng)投入，減少不必要的成本，為整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(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(luò )技術(shù)的計算方法，在將其應用于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構時(shí)，若要實(shí)現該結構運行性能的優(yōu)化，就要設計行之有效的優(yōu)化流程。一方面，技術(shù)人員要從已建立的WSN 拓撲結構糢型入手，根據該模型的無(wú)標度特性，結合網(wǎng)絡(luò )結構的運行特點(diǎn)，快速地確定問(wèn)題所在，尤其是對于連續優(yōu)化問(wèn)題，要投入足夠的時(shí)間進(jìn)行分析，制定出最優(yōu)的解決方案，并使用WSN 拓撲結構糢型，對各方面的變量進(jìn)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，在不影響計算結果精確性及網(wǎng)絡(luò )結構運行性能的前提下，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(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的整體性能為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的偽代碼，使該代碼能夠實(shí)現高效運行，避免出現代碼冗余問(wèn)題，使網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的優(yōu)化處理效果得以全面提升^[3]。FW-PSO算法偽代碼如下：

fpbeat 個(gè)體的最佳適應度值

fgbeat:：群體的最佳適應度值

輸入：目標函數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

仿真參數設置如下表所示：

表1 仿真參數設置

3   FW-PSO算法仿真實(shí)驗及數據分析

3.1 實(shí)現拓撲結構優(yōu)化的仿真實(shí)驗

無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的實(shí)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(xué)性，確定其是否有效。具體的實(shí)驗參數設置如表1 所示，其中，網(wǎng)絡(luò )監控區域的面積設定為1 萬(wàn) m²。在實(shí)際工作中，具體的操作過(guò)程如下，首先，技術(shù)人員要以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運行的特點(diǎn)，建立網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的模型，通過(guò)該模型得到臨接矩陣，并利用表1 中所設置的仿真參數，初步對無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行優(yōu)化；其次，要按照FW-PSO算法的步驟進(jìn)行相關(guān)計算，得到最優(yōu)解，在此基礎上對網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)結構中的不足之處^[4]。該步驟的實(shí)驗結果如圖1 所示。

迭代次數

圖1 PSO算法和煙花算法性能比較

隨機攻擊節點(diǎn)數

圖2 隨機攻擊情況下的網(wǎng)絡(luò )連通性對比

最后，進(jìn)行連通性對比實(shí)驗，其實(shí)驗結果如圖2 所示，對該結果進(jìn)行分析可以得知：網(wǎng)絡(luò )結構中自然連通度與進(jìn)貨代數呈現正相關(guān)，即隨著(zhù)進(jìn)化代數的增加，自然連通度也會(huì )隨之增加，在運用FW-PSO 算法時(shí)，兩者始終呈現著(zhù)一一對應的關(guān)系。從該實(shí)驗結果中可以看出，基于FW-PSO 算法的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構優(yōu)化，一方面可以使無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )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(luò )拓撲結構中抗毀性的分析

抗毀性是影響無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構優(yōu)化的另一重要因素，對該因素進(jìn)行分析時(shí)，要從兩個(gè)方面入手，一方面動(dòng)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(gè)方面的分析，使分析結構的正確性及可靠性得以保證。為了實(shí)現有效的抗毀性分析，要做好4 個(gè)方面的工作：

1）運行一定程度上的網(wǎng)絡(luò )攻擊，使網(wǎng)絡(luò )結構中存在的問(wèn)題得以暴露，以此來(lái)完善級聯(lián)故障檢測流程，并以此為依據，通過(guò)動(dòng)態(tài)抗毀的方式，增加無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)數量；

2）根據無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )級聯(lián)故障的類(lèi)型，充分運用FW-PSO算法，確定網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的襲擊閥值，得到網(wǎng)絡(luò )計算的最優(yōu)解，通過(guò)襲擊閥值的統計，使網(wǎng)絡(luò )結構的抗毀性得以提高，為后續優(yōu)化結構連通性創(chuàng )造條件；

3）如圖2 所示，技術(shù)人員使用FW-PSO算法計算時(shí)，結合了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )靜態(tài)抗毀性分析結果，從運行效果來(lái)看，該網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的運行效率得到了全面的提升，其網(wǎng)絡(luò )連通性也得到了極大的增強。因此，通過(guò)上述操作，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的處理效率得到了優(yōu)化，并且，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò )結構，其所遭遇到的襲擊次數也有了明顯的下降；

4）一般情況下，對于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )連通性而言，在攻擊節點(diǎn)個(gè)數增加的情況下，連通性會(huì )出現下降的現象，但運用FW-PSO 算法時(shí)，所得到連通性的下降速度會(huì )明顯地減慢，由此可以判定，FW-PSO 算法能夠對網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的連通性形成促進(jìn)作用。并且，利用FW-PSO算法優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò )結構，其隨機故障的應對能力也得到了較大的提升，保證了該無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的安全性，使該網(wǎng)絡(luò )結構能夠穩定地運行^[5]。

4   結束語(yǔ)

FW-PSO 算法的先進(jìn)性及有效性，對實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的良好性能而言是至關(guān)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(jìn)行優(yōu)化，提升其在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中的應用效果。本文對FW-PSO算法所進(jìn)行的優(yōu)化，是建立在以往煙花算法基礎之上的，能夠實(shí)現算法的多樣性，對各項數據進(jìn)行全面搜索，一方面加強了收斂的效率，另一方面完善了數據的管理，構建無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )模型，促進(jìn)FWPSO算法的應用，并設置合理的調控措施，對網(wǎng)絡(luò )結構中的變量進(jìn)行控制，確保整個(gè)結構的穩定性。希望該優(yōu)化策略能夠為相關(guān)從業(yè)者提供參考。

參考文獻：

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期）