Research on RFID Systems Optimization Models and Intelligent Algorithms

射频识别技术（Radio Frequency Identification, RFID）作为采集与处理信息的高新技术和信息化标准的基础，被列为本世纪十大重要技术之一。但是，RFID技术的大规模实际应用仍处于探索阶段，RFID系统的应用基础技术还存在着大量尚未解决的关键问题，其中RFID系统优化是RFID技术研究和应用的重要课题。由于RFID系统本身的动态性和不确定性， RFID系统优化面对的一般是非线性、多目标、大规模的复杂优化问题，传统的数学优化算法在处理这些问题时，存在困难。为此，研究新的优化算法成为RFID技术实际应用和理论研究中必须解决的课题。智能计算方法是求解复杂RFID系统优化问题的一种可供选择的算法。智能计算作为一个新兴领域，其发展已引起了多个学科领域研究人员的关注，目前已经成为人工智能、经济、社会、生物等交叉学科的研究热点和前沿领域。智能计算的各类算法已在传统NP问题求解及诸多实际应用领域中展现出其优异的性能和巨大的发展潜力。本文旨在对RFID系统的各种优化问题进行深入研究和探讨，面向RFID技术的实际应用需求构建其优化模型，并基于智能计算思想设计能够有效求解这些复杂模型的新型智能优化算法。具体研究内容包括：首先，进行了RFID读写器网络的调度问题研究。在深入分析RFID网络中读写器冲突类型和成因的基础上，考虑RFID网络中的读写器冲突约束，以最小化系统中的频道数量、时隙分配以及总处理时间建立了RFID读写器网络调度的数学优化模型。从生物学的角度出发提出基于生态捕食模型的改进PSO算法（Particle Swarm Optimizer based on Predator-prey Coevolution, PSOPC），在一定程度上解决了PSO算法在迭代后期随着多样性丧失而陷入局部最优的缺点。应用PSOPC设计了求解RFID读写器网络调度模型的智能求解算法，分别给出算法的求解框架、关键步骤的实现机制。通过在不同规模的RFID读写器网络上进行实例仿真，验证了算法的有效性和模型的正确性。其次，进行了基于菌群自适应觅食算法RFID网络规划问题的研究。考虑RFID系统在不同应用环境下的系统需求，建立了RFID网络规化的数学模型，其目标函数分别为：RFID网络标签覆盖率的最大化目标函数、RFID读写器冲突的最小化目标函数、RFID网络运行的经济效益最大化目标函数、RFID网络运行的负载平衡目标函数以及同时考虑全局目标的混合目标函数。将自然界生物觅食所采用的自适应搜索策略与细菌的趋化行为和群体感应机制相集成，提出了适合求解复杂RFID网络规划问题的菌群自适应觅食算法（Adaptive Bacterial Foraging Optimization, ABFO）。通过仿真实验基于ABFO算法分别对RFID网络规划模型中的五个目标函数进行了实例求解和分析，测试结果与标准PSO算法和遗传算法进行了比较分析。再次，进行了基于系统智能方法的RFID网络规划分布式决策模型研究。采用分布式决策的思想建立了RFID网络规划的层次模型，在一定程度上缓解、分散了RFID网络规划问题的复杂性，以解决具有混合变量（包括离散变量和连续变量）的多目标RFID网络规划问题。针对层次模型求解的复杂性，以复杂适应系统理论为指导思想设计了一种新型系统智能优化算法对RFID网络规划的层次模型进行求解。系统智能算法将群体智能中的单层群体系统概念扩展为多层涌现系统，仿真实验表明新提出的算法显著提高了智能计算方法的寻优能力，以及算法的适应性、鲁棒性和平衡性等性能。最后，进行了RFID网络目标跟踪系统中的数据融合研究。以基于RFID技术的目标定位与跟踪系统为应用背景，提出了基于模糊聚类方法的多RFID读写器数据融合模型框架。通过深入分析蜜蜂采蜜的基本生物学规律，对蜜蜂的个体行为及群体行为进行模拟，提出了一类新型群体智能优化算法-蜂群优化算法（Bee Swarm Optimization, BSO），并将BSO算法嵌入RFID目标定位跟踪系统，作为其模糊聚类的基本算法。仿真研究表明，提出的融合模型能够有效的过滤读写器对跟踪目标的错误监测数据，显著提高目标定位与跟踪的精度

Improved Particle Swarm Optimizer for RFID Network Planning

为在寻优过程中有效地保持算法的种群多样性,提出了一种改进的PSO(Particle Swarm Optimization)算法——PSOPC(Particle Swarm Optimizer based on Predator-prey Coevolution)。PSOPC算法将生态系统中捕食者和猎物的竞争协同进化机制嵌入到PSO算法中。基于PSOPC进行RFID(Radio Frequency IDentification)读写器网络调度模型的求解,根据读写器冲突关系的变化在线进行读写器的时隙分配求解与控制,在不影响读写器工作效率的同时,有效消除密集读写器环境下的读写器冲突问题,并优化整个读写器网络的工作效率

Bio-inspired Computing

本书是作者在生物启发式计算领域的系统性研究成果。书中系统、深入地介绍了生物启发计算的起源、模型、理论及其应用领域，以生物进化论、共生进化论、复杂适应性系统的思想与理论为基础，提出基于个体、群体、群落三个层面生物行为演化模式的生物启发计算统一性方法，并以几种新型实现模式为例，分别进行基于统一框架的算法设计、建模仿真以及优化问题求解，使生物启发计算理念从宏观到微观再到宏观、从统一性到多样性再到统一性得到了系统的展现。</p

A novel cooperative bacterial foraging algorithm

A variant on the original bacterial foraging optimization (BFO) algorithm, called the cooperative bacterial foraging optimization (CBFO), is proposed in this paper. The results of various experimental studies using a suit of 4 widely used test functions have demonstrated the superiority of the proposed CBFO approach over the other three search techniques

基于多种群粒子群算法的RFID网络读写器调度优化方法

本发明涉及一种基于多种群粒子群算法的RFID网络读写器调度优化方法，本发明包括以下步骤：初始化RFID读写器网络；检测每个粒子适应度值大小；更新共生种群的速度，选择个体极值、种群极值和全局极值；对粒子位置进行离散操作：将最大迭代次数设定为终止准则，如果本次迭代后仍有读写器未完成操作，则在RFID干扰图中删除本时隙中工作的读写器子图，转到检测每个粒子适应度值大小步骤；否则，输出RFID网络读写器调度结果。本发明实现了多种群同时进化并相互协作，具有很好高的求解效率，其操作简单，全局搜索能力强，收敛速度快，优化精度高，为求解实际工程应用中的连续优化问题提供了新的解决方案

Logistics Distribution Center Location Using MCPCO Algorithm

Logistics distribution center location is an optimization problem that selects a certain number of locations as distribution centers in a logistics system so as to minimize the total cost of the whole logistics networks. A new approach is presented to solve this problem based on our previous propose..

Research Status and Development Trends of the Bio-inspired Computation

生物启发计算的宗旨是研究自然界生物个体、群体、群落乃至生态系统不同层面的功能、特点和作用机制，建立相应的模型与计算方法，从而服务于人类社会的科学研究与工程应用。它既是人工智能的继承与发展，同时也是从新的角度理解和把握智能本质的方法．本文阐述了生物启发计算所涉及的生物进化论、共生进化论和复杂适应系统的理论起源．在对生物启发计算进行分析、归纳和总结的基础上，介绍了现有生物启发计算算法研究成果，并从最优设计、最优分析和最优控制3个方面对生物启发计算的应用研究成果进行了梳理。以此为基础，进一步地提出了生物启发计算的统一框架模型。最后，围绕并行生物启发计算、具有学习推理和知识学习生物启发计算、生物动力学启发计算、基于微生物群体感应的生物启发计算以及人工大脑、进化硬件、大数据、群集机器人、虚拟生物和云计算等前沿热点理论问题和工程应用问题对生物启发计算的发展方向和研究挑战进行了展望及分析

Root growth model: a novel approach to numerical function optimization and simulation of plant root system

This paper presents a general optimization model gleaned ideas from root growth behaviors in the soil. The purpose of the study is to investigate a novel biologically inspired methodology for complex system modeling and computation, particularly for optimization of higher dimensional numerical function. For this study, a mathematical framework and architecture are designed to model root growth patterns of plant. Under this architecture, the interactions between the soil and root growth are investigated. A novel approach called &ldquo;root growth algorithm&rdquo; (RGA) is derived in the framework and simulation studies are undertaken to evaluate this algorithm. The simulation results show that the proposed model can reflect the root growth behaviors of plant in the soil and the numerical results also demonstrate RGA is a powerful search and optimization technique for higher-dimensional numerical function optimization. <br type="_moz" /

Multi-hive bee foraging algorithm for multi-objective optimal power flow considering the cost, loss, and emission

This paper proposes a multi-hive multi-objective bee algorithm (M 2OBA) for optimal power flow (OPF) in power systems. The proposed M2OBA extend original artificial bee colony (ABC) algorithm to multi-objective and cooperative mode by combining external archive, comprehensive learning, greedy selection, crowding distance, and cooperative search strategy. Our algorithm uses the concept of Pareto dominance and comprehensive learning mechanism to determine the flight direction of a bee and maintains nondominated solution vectors in external archive based on greedy selection and crowing distance strategies. With cooperative search approaches, the single population ABC has been extended to interacting multi-hive model by constructing colony-level interaction topology and information exchange strategies. With six mathematical benchmark functions, M2OBA is proved to have significantly better performance than three successful multi-objective optimizers, namely the fast non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II), the multi-objective particle swarm optimizer (MOPSO), and the multi-objective ABC (MOABC), for solving complex multi-objective optimization problems. M2OBA is then used for solving the real-world OPF problem that considers the cost, loss, and emission impacts as the objective functions. The 30-bus IEEE test system is presented to illustrate the application of the proposed algorithm. The simulation results, which are also compared to NSGA-II, MOPSO, and MOABC, are presented to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method. &copy; 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved