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专利号: 2020101452887
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于水母群算法的RFID天线优化部署方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1)初始化阶段:在指定的区域内布置多个随机分布的阅读器天线,多个随机分布RFID标签,多次读取标签信息,获得此时天线以及标签的原始数据;具体方法为:对于任意的标签t∈TS,只有满足了条件 和 才会被阅读器覆盖;其中,TS为部署系统内标签的集合,r1、r2为部署区内的任意两个阅读器, 为标签t收到的阅读器r1的功率, 为阅读器收到的标签返回的功率;此时阅读器的标签覆盖率f1如下式所示:其中,Tt为标签与阅读器建立连接的阈值,Tr为阅读器与标签建立连接的阈值,Nt为此时分布在阅读器天线工作区域内的标签总数,RS为部署的阅读器天线的集合;Cv(t)为任意标签t的覆盖率函数,当Cv(t)为1时,表示标签t已被阅读器覆盖;当Cv(t)为0时,表示标签t未被阅读器覆盖;此时系统的负载均衡f2如下式所示:其中,K为预先设置的阅读器的数量,Ci为阅读器i覆盖的标签的总数;

系统的经济效益f3为:

其中,Ri,x为阅读器i的x轴坐标,Ri,y为阅读器i的y轴坐标,centerx为标签密集区域中心位置的x轴坐标,centery为标签密集区域中心位置的y轴坐标;

系统间阅读器冲突f4为:

其中,di和dj分别为阅读器i和阅读器j的干扰距离,Rj,x为阅读器j的x轴坐标,Rj,y为阅读器j的y轴坐标;

步骤2)参数编码阶段:根据阅读器位置及发射功率对RFID天线部署控制变量进行编码,根据编码初始化水母群参数;具体方法为:对将要部署的阅读器天线进行编码,每个阅读器发射的功率、编码的表达式记为:以及 分别为阅读器k的坐标和功率,其中k=1,2,...,K;

随机生成N个3K维的水母群个体,由矩阵X表示:

步骤3)构建求解模型阶段:将整理好的训练数据作为输入,通过水母群算法对训练数据进行优化,构建水母群算法优化部署模型;具体方法为:将覆盖率函数f1作为约束条件,优化系统的负载均衡f2,经济效益f3,阅读器冲突f4;将con定义为优化部署必须满足的最低覆盖率,使系统中的负载均衡函数f2、经济效益函数f3、阅读器冲突函数f4最小化:min f(x)={f2,f3,f4},x=(x1,x2,x3,…,xj,…,x3K)∈S (8)f1≥con (9)

其中S为水母种群的搜索空间,其搜索下界为lbi,搜索上界为ubi,阅读器参数xi应满足以下条件:lbi≤xi≤ubi,i=1,2,...,n (10)

步骤4)优化部署阶段:定义迭代次数,对个体的适应度进行计算,构建满足条件的解集,从而构建食物源;通过迭代不断寻找满足优化条件的非支配解,更新食物源,更新解集;

在解集中找到所需的RFID天线优化部署的解,完成天线的优化部署;具体步骤为:

1)设计解空间内食物源存储库F:在所有解空间内,创建食物源存储库,该库保持了优化过程中迄今为止获得的最佳非支配解;

2)计算水母个体适应度:

其中fi是个体i的目标函数值;

构建适应度矩阵Fitness,装载计算得到的每个水母个体不同维度的适应度值,结构如下:通过计算比较适应度值大小可以得知哪些水母个体为非支配解,定义x1、x2为系统的两个可行解,如果满足条件:则称可行解x1支配可行解x2,记为x1<x2,可行解x1为非支配解,利用现有的非支配解更新食物源存储库F,将可行解x1的适应度值加入食物源存储库F,食物源存储库F将更新为:F=[x1] (14)

同理,若有新的可行解x3为非支配解,则加入食物源存储库F,食物源存储库F将更新为:以上规则可以保证食物源存储库始终存储由算法获得的非支配解,然而,有一种特殊的情况是,与存储库中的所有解相比,存储库已满并且得到的水母个体解xi是非支配的;此时,设置食物源存储库F最大容量为Flength,若存储库中解的个数大于Flength,则随机删除其中的某个解,将xi加入食物源存储库F中,此时的食物源存储库F即是算法得到的解集;

3)对水母群体根据食物源的位置更新:

为第一只水母在维度j的位置,Fj为食物源在维度j的位置,ubj为维度j的上界,lbj为维度j的下界;上式表明了领导者只对食物源更新自己的位置,参数c1代表了水母群的勘察和搜索能力:l为当前迭代次数,L为最大迭代次数;参数c2和c3是满足[0,1]之间的随机数,控制了个体在维度j上的下一个位置是朝向正无穷还是负无穷,也控制了个体的步长;

为了更新水母群的追随者个体,采用如下公式:

其中,i≥2, 为第i个追随者在维度j更新后的位置,与 为水母链中两个紧密相连的追随者个体在维度j的位置,当前追随者个体受前一个追随者个体的影响,呈链式结构逐次前进;

4)查看当前迭代次数l,是否满足最大迭代次数L,若未达到,重复执行步骤2)、3)直至最大迭代次数;若达到最大迭代次数L,则从食物源存储库F中得到非支配解集;提取出所需的阅读器坐标 部署阅读器天线,完成RFID天线的优化部署模型的构建。