【路由优化】基于随机搜索算法优化带有速度的路由网络附matlab代码

简介: 【路由优化】基于随机搜索算法优化带有速度的路由网络附matlab代码

1 内容介绍

物联网实现人和物的连接,感知和采集数据的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是其感知事物的核心技术.随着无线传感器网络的普及和研究的深入,基于确定性环境的假设前提,开展资源有限网络路由问题的研究难以满足实际应用的需求.无线传感器网络在部署环境,无线通信,服务质量和网络拓扑等方面同时存在众多不确定性,既有刻画事件发生与否的随机性,也有刻画对事件主观认识的模糊性.在不确定网络环境下研究无线传感器网络的路由问题,需要相应的不确定性理论和优化理论来刻画路由过程中的各种不确定因素,包括干扰模型,传播模型,移动模型和服务质量等,从而为不确定环境下WSN路由算法的研究提供理论基础和保证. 为了刻画WSN路由的不确定性,论文基于概率论,模糊集理论,模糊随机理论和优化理论进行路由模型的建模,重点对无线干扰,网络模型,服务质量和路由优化模型的不确定性进行分析和表示,同时设计相应的路由算法和仿真实验开展不确定环境下WSN路由算法的研究.

2 仿真代码

clc;

clear all;

close all;


global Qk ax ay Dik tou beta indA indB


%% Intialization

Nnodes=1;

Emax=1000;

Emin=5;

nk=8;

V=20;




%Z =[1 0.1 0.6 0.8 0.6 0 0.1 1 1 1];


%plotting network topology

%i2=1;

for i2 = 1:noOfNodes

plot(X(i2),Y(i2),'o','LineWidth',1,...

             'MarkerEdgeColor','k',...

             'MarkerFaceColor','y',...

             'MarkerSize',8');

         xlabel('X in m')

         ylabel('Y in m')

   text(X(i2), Y(i2), num2str(i2),'FontSize',10);

   


   %% Destination

     plot(X2,Y2,'^','LineWidth',1,...

             'MarkerEdgeColor','k',...

             'MarkerFaceColor','r',...

             'MarkerSize',14');

           

hold on


end

axis([0 40 -5 40])

M_max = 14; %// number of cells in vertical direction

N_max = 10; %// number of cells in horizontal direction

trans = 1;  %// hexagon orientation (0 or 1)


%// Do the plotting:

hold on


C11={};

C={};


ab=1;

ik=1;

for x=0:7%:2;

     ik=x;

 for y=0:5

 

 if(mod(ik,2))

     x0=3+4.3*x;

     y0=3+3*2*y;

     hexagon(2,x0,y0);

     C11{x+1,y+1}=[x0;y0];

%       C{ab}=[x0;y0];

     hold on

     plot(x0,y0,'ok','MarkerFaceColor','k')

     

      cote=2;

      x1=cote*sqrt(2)*[-1 -0.5 0.5 1 0.5 -0.5 -1]+x0;

      y1=cote*sqrt(9)*[0 -0.5 -0.5 0 0.5 0.5 0]+y0;

     

     

 else

      x0=3+4.3*x;

      y0=3*2*y;

      hexagon(2,x0,y0);

      C11{x+1,y+1}=[3+4.3*x;3*2*y];

     

      hold on

      plot(3+4.3*x,3*2*y,'ok', 'MarkerFaceColor','k')

     

     

      cote=2;

      x1=cote*sqrt(2)*[-1 -0.5 0.5 1 0.5 -0.5 -1]+x0;

      y1=cote*sqrt(9)*[0 -0.5 -0.5 0 0.5 0.5 0]+y0;

     

         

 end  

   C{ab}=[x0,y0];

%% Inside the polygon or not

   [in,on] = inpolygon(X,Y,x1,y1);

   

    Nk(ab)=numel(find(in==1));% set of sensor node

    ind=[];

    ind=find(in==1);

    if(isempty(ind))

    Dik{ab}=0;

    Qk(ab)=0;  

    else

    Dik{ab}=sqrt((X(ind)-x0).^2 +(Y(ind)-y0).^2 ); % distance froom node i to its cell center

    Qk(ab)=1;

    end

    %Tk --> Time stays of WCV    

   

    ab=ab+1;

 


 end

end



% axis([0 30 0 30])

% grid

%% Travelling path Model

k=ab-1;

Z=ones(1,k); %% important

aa=cell2mat(C.');

Xa=aa(:,1);

Ya=aa(:,2);



   %% WCV

    plot(Xa(1)+2,Ya(1)+2,'o','LineWidth',1,...

             'MarkerEdgeColor','k',...

             'MarkerFaceColor','g',...

             'MarkerSize',12');

    plot(Xa(1),Ya(1),'o','LineWidth',1,...

             'MarkerEdgeColor','k',...

             'MarkerFaceColor','k',...

             'MarkerSize',14');

         xlabel('X in m')

         ylabel('Y in m')

   hold on      

   text(Xa(1), Ya(1),'Vechile Stay Room','FontSize',10);

   

   hold on

   

   

saveas(gcf,'fileint.fig','fig')

% %% Existing Routing

s=cell2mat(C.');

ax=s(:,1);

ay=s(:,2);

 

%%   Routing


 indA=find(Qk==1);

 indB=find(Qk~=1);

 G=randperm(numel(indA));

 path1 = indA(G);

 

%% OPTIMIZATION    

% %% Problem Definition

CostFunction=@(x) Sphere(x);        % Cost Function


ik=1;

 %cost1=1000;

 eff1=inf;

 

while(ik<=4000)

   T1=1000.*rand(1);  

   T=CostFunction(T1);

   eff=(T);

 if(eff<=eff1)

    eff1=eff;

    TT=T1;

 end

 costh1(ik)=eff1;

 costh(ik)=eff;

 ik=ik+1;

end


figure,

plot(1:ik-1,costh1,'-r')

hold on

plot(1:ik-1,costh,'-b')  

xlabel('Iteration')

ylabel('Objective Function')

legend('Optimal','Current')  

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

s=cell2mat(C.');

ax=s(:,1);

ay=s(:,2);

%% Routing

%rand('seed',round(TT))

s = RandStream('mt19937ar','Seed',round(TT));

G=randperm(s,numel(indA));

% G=randperm(numel(indA));

path1 = indA(G);

  if(min(path1)==1)

     path1=path1(path1~=1);  

     path = [1 path1 1];

  else

     path = [1 path1 1];  

  end

%saveas(gcf,'fileint.fig','fig')

h3=openfig('fileint.fig','new','visible')

 %figure(10),

hold on

for p =1:(length(path)-1)

    %line([ax(sor) ax(path(1))],[ay(sor) ay(path(1))],'Color','r','LineWidth', 1, 'LineStyle', '-')

line([ax(path(p)) ax(path(p+1))], [ay(path(p)) ay(path(p+1))], 'Color','m','LineWidth',2.5, 'LineStyle','-')

arrow([ax(path(p)) ay(path(p)) ], [ax(path(p+1)) ay(path(p+1)) ])

end

title('Routing')


%% Mathematical calc

  for ab=1:numel(path)-1

       dist(ab)=sqrt(((ay(path(ab))-ay(path(ab+1)))^2)+(ax(path(ab))-ax(path(ab+1)))^2);

  end

  L=sum(dist) % length of path

  fprintf('Length is--->%3.2f\n',L)

  NumJunction=numel(path);

 

  % Distance4 bw node and chaerger

   for ic=1:numel(Dik)

        d(ic)=mean(Dik{ic});

   end

 % d=cell2mat(Dik); %--- Modified

  Prx=@(d)(tou./(d+beta).^2)

  Prx(d)

 % Tx power of Charger


%% eqn 2

HArE=Prx;

%rand('seed',1)

deplrate=0.000001.*rand(1,numel(C));  % Nearest to sink have high depletion rate

alpha=4; % max accel/deaccel

%% single node arbitary

  % Temporal Disrtize

  delT=2;

  fmax=1./delT;

%% Spatial node

  Pmax=4;

  Pmin=1;

  eta1=0.5;

  Cq=abs(log(Pmax/Pmin)./(log(1+eta1)))

  g=1+(Cq-1).*rand(1,3);  % 3 discretize space value

  Pq=Pmax.*(1+eta1).^-g;

  saveas(gcf,'filePr.fig','fig')

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

 ik=1;

 %cost1=1000;

 eff=0;

 Ui=1000;

 while(ik<=500)

 

 [Vel,v] = randfixedsum((NumJunction).*3,1,L,0,10);

 dist1=[0 dist];

 for ib=1:numel(path)

     rx1{ib}=Prx(d(path(ib))).*(dist1(ib)./Vel(((ib-1)*3+1):(ib*3)))-deplrate(path(ib)).*T  ;% Temporal

     Pqrx2{ib}=(Pq./d(path(ib)));% spatial

 end      

     %end

      Ac=cell2mat(Pqrx2);

      Ac(isinf(Ac))=0;

      Ad=cell2mat(rx1);

      eff1=sum(Ac(:)+Ad(:));

      costh21(ik)=eff1;

      costh2(ik)=eff;

  if(eff1>=eff)

    eff=eff1;

    Velb=Vel;

     Ps=Pqrx2;

   end

 

 ik=ik+1;

 

 end

 

 

figure,

plot(1:ik-1,costh21,'-r')

hold on

plot(1:ik-1,costh2,'-b')  

xlabel('Iteration')

ylabel('Objective Function')

legend('Current','Optimal')


p1=cell2mat(Ps);

p1(isinf(p1))=0;


h2=openfig('filePr.fig','new','visible')  

hold on

for p =1:(length(path))


   if(p>=2)

   text(ax(path(p)),ay(path(p)),num2str([Velb(((p-1)*3+1):(p*3))]),'FontSize',10);

   %plot(ax(path(p)),ay(path(p)),'yo','MarkerSize',20)

   end    

   

 if(p>=2)

 plot(ax(path(p)),ay(path(p)),'yo','MarkerSize',20)

 hold on

 plot(ax(path(p)),ay(path(p)),'co','MarkerSize',50)

 hold on

 plot(ax(path(p)),ay(path(p)),'ro','MarkerSize',90)

 end

hold on

end

 clear path1;

 clear Qk C Dik

 


pause(1)

 

 

end

3 运行结果

4 参考文献

[1]金劲. 群集智能算法在网络策略中的研究及其应用[D]. 兰州理工大学.

[2]王永恒, WANG, Yong-heng,等. 基于改进蚁群算法的计算机网络路由优化研究[J]. 电子设计工程, 2017(20):4.

博主简介:擅长智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划、无人机等多种领域的Matlab仿真,相关matlab代码问题可私信交流。

部分理论引用网络文献,若有侵权联系博主删除。


相关文章
|
15天前
|
负载均衡 网络协议 算法
|
12天前
|
算法 数据挖掘 数据安全/隐私保护
基于FCM模糊聚类算法的图像分割matlab仿真
本项目展示了基于模糊C均值(FCM)算法的图像分割技术。算法运行效果良好,无水印。使用MATLAB 2022a开发,提供完整代码及中文注释,附带操作步骤视频。FCM算法通过隶属度矩阵和聚类中心矩阵实现图像分割,适用于灰度和彩色图像,广泛应用于医学影像、遥感图像等领域。
|
8天前
|
网络协议 网络安全 数据安全/隐私保护
计算机网络概念:网关,DHCP,IP寻址,ARP欺骗,路由,DDOS等
计算机网络概念:网关,DHCP,IP寻址,ARP欺骗,路由,DDOS等
27 4
|
13天前
|
算法 调度
基于遗传模拟退火混合优化算法的车间作业最优调度matlab仿真,输出甘特图
车间作业调度问题(JSSP)通过遗传算法(GA)和模拟退火算法(SA)优化多个作业在并行工作中心上的加工顺序和时间,以最小化总完成时间和机器闲置时间。MATLAB2022a版本运行测试,展示了有效性和可行性。核心程序采用作业列表表示法,结合遗传操作和模拟退火过程,提高算法性能。
|
9天前
|
网络虚拟化 数据安全/隐私保护 数据中心
对比了思科和华为网络设备的基本配置、接口配置、VLAN配置、路由配置、访问控制列表配置及其他重要命令
本文对比了思科和华为网络设备的基本配置、接口配置、VLAN配置、路由配置、访问控制列表配置及其他重要命令,帮助网络工程师更好地理解和使用这两个品牌的产品。通过详细对比,展示了两者的相似之处和差异,强调了持续学习的重要性。
23 2
|
14天前
|
存储 算法 决策智能
基于免疫算法的TSP问题求解matlab仿真
旅行商问题(TSP)是一个经典的组合优化问题,目标是寻找经过每个城市恰好一次并返回起点的最短回路。本文介绍了一种基于免疫算法(IA)的解决方案,该算法模拟生物免疫系统的运作机制,通过克隆选择、变异和免疫记忆等步骤,有效解决了TSP问题。程序使用MATLAB 2022a版本运行,展示了良好的优化效果。
|
10天前
|
网络协议 定位技术 网络架构
IP 路由:网络世界的导航仪
IP 路由:网络世界的导航仪
23 3
|
13天前
|
机器学习/深度学习 算法 芯片
基于GSP工具箱的NILM算法matlab仿真
基于GSP工具箱的NILM算法Matlab仿真,利用图信号处理技术解析家庭或建筑内各电器的独立功耗。GSPBox通过图的节点、边和权重矩阵表示电气系统,实现对未知数据的有效分类。系统使用MATLAB2022a版本,通过滤波或分解技术从全局能耗信号中提取子设备的功耗信息。
|
13天前
|
机器学习/深度学习 算法 5G
基于MIMO系统的SDR-AltMin混合预编码算法matlab性能仿真
基于MIMO系统的SDR-AltMin混合预编码算法通过结合半定松弛和交替最小化技术,优化大规模MIMO系统的预编码矩阵,提高信号质量。Matlab 2022a仿真结果显示,该算法能有效提升系统性能并降低计算复杂度。核心程序包括预编码和接收矩阵的设计,以及不同信噪比下的性能评估。
32 3
|
13天前
|
人工智能 算法 大数据
Linux内核中的调度算法演变:从O(1)到CFS的优化之旅###
本文深入探讨了Linux操作系统内核中进程调度算法的发展历程,聚焦于O(1)调度器向完全公平调度器(CFS)的转变。不同于传统摘要对研究背景、方法、结果和结论的概述,本文创新性地采用“技术演进时间线”的形式,简明扼要地勾勒出这一转变背后的关键技术里程碑,旨在为读者提供一个清晰的历史脉络,引领其深入了解Linux调度机制的革新之路。 ###