基于MATLAB的GA–PSO混合算法无线传感器网络节点部署优化研究

摘要：无线传感器网络节点部署方式对网络覆盖性能和资源利用效率具有重要影响。针对随机部署方式存在覆盖率低、节点分布不合理等问题，本文以覆盖率最大化为优化目标，对无线传感器网络节点部署优化问题进行了研究。在给定监测区域内建立无线传感器网络覆盖模型，并考虑实际环境中障碍物区域对节点部署的影响，为后续优化提供建模基础。

作者：Bob(原创)

项目概述

针对 5G 通信系统中不同调制方式在复杂无线信道环境下面临的频谱特性分析与性能评估问题，本文基于 MATLAB 平台构建了一种 5G 信号频谱分析与信道性能仿真系统。该系统采用图形用户界面形式，实现了 QPSK、16QAM 和 64QAM 等典型数字调制方式的基带信号建模，并建立了加性高斯白噪声（AWGN）信道和瑞利衰落信道模型，为后续分析提供了统一的仿真环境。

在此基础上，本文利用功率谱密度分析方法对不同信道条件下信号的频谱分布特性进行了对比研究，并引入连续小波变换对信号的时频特性进行分析。同时，对接收信号进行解调处理，计算了误码率、误符号率、信噪比以及信道容量等关键性能指标，从多个角度对系统性能进行了综合评估。

仿真结果表明，在 AWGN 信道条件下系统具有较好的传输性能和稳定性，而瑞利衰落信道对信号频谱和误码性能均产生明显影响。实验结果验证了所建仿真模型和分析方法的有效性，为 5G 通信系统中调制方式选择及频谱与性能分析提供了参考依据。

系统设计

本系统基于 MATLAB 平台进行设计与实现，通过图形用户界面集成无线传感器网络部署建模、GA–PSO 混合优化算法及结果可视化功能，实现节点部署优化过程的直观展示与分析。

图1 系统整体流程图

硬件配置

该系统硬件配置如上，如果您的电脑配置低于下述规格，运行速度可能会与本系统的存在差异，请注意。

表1 惠普(HP)暗影精灵10台式整机配置(系统硬件配置)

软件环境

对本实验所需的各类软件及工具的基本信息进行了清晰汇总。

表2 系统软件配置(真实运行环境)

运行展示

运行WSN_Optimization_GUI.m

图2 基于 MATLAB 的无线传感器网络初始部署与 GA–PSO 优化后覆盖效果对比（含障碍物）

由图可知，与初始随机部署相比，GA–PSO 混合优化后的无线传感器网络节点分布更加均匀，在避开障碍物区域的同时显著提高了监测区域的覆盖完整性。