一种基于感知器的自适应按需加权分簇方法技术

本发明专利技术公开了一种基于感知器的自适应按需加权分簇方法，具体为：步骤一、通过感知器算法确定网络中投放的训练节点权值参数的系数；步骤二、针对网络中的待分簇节点，获取每个待分簇节点i的5个权值参数；步骤三、将待分簇节点i的5个权值参数归一化；步骤四、计算待分簇节点i的总权值Wi；步骤五、针对网络中所有待分簇节点，按每个待分簇节点的1跳邻居节点的个数从大到小排序，将排序后的待分簇节点序号存入iDes数组；步骤六、将网络中的待分簇节点按照iDes数组的先后顺序根据总权值的大小划分到具体的簇。优点在于：利用感知器算法去感知整个网络的权值参数系数，修正节点距离权值参数和相对移动性参数，改善了网络结构和提高网络的负载均衡因子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线自组织网络分簇方法
，具体是一种基于感知器的自适应按需加权分簇方法。
技术介绍
无线自组网因其组网快速、灵活、使用方便等许多优良性能，在很多领域都有潜在的实用价值，如：军事机群通信、家庭电器通信、紧急服务通信等其他快速组网应用通信，但无线自组网的网络能量受限，每个网络节点只能携带能量十分有限的电池。而节点分簇能够使网络节点能量高效使用，有利于整个网络的生存时间。常见的分簇方法按移动性分为适用于静态环境、低速环境和中高速环境的分簇方法；适用于静态环境的分簇方法有基于连通支配集的分簇算法、基于地理信息的分簇算法等。适用于低速环境的分簇方法有最小标识分簇算法LID(LowestIdentification)、结点最高连接度分簇算法HD(HighestDegree)、加权分簇算法WCA(WeightedClusteringAlgorithm)和被动分簇算法等。适用于中高速环境的分簇方法有最小相对移动速度分簇算法MOBIC(mobilitymetricclusteringalgorithm)、最大速度相似性分簇算法MMC(MobilitybasedMetricforClustering)和聚类传播分簇算法APCA(AffinityPropagationClusteringAlgorithm)等。在加权分簇算法WCA基础上，进行优化的算法有自适应按需加权分簇算法AOW(AdaptiveOn-demandWeighting)。AOW通过综合考虑多个因素作为簇头的选择标准；如节点度、节点移动速度、节点剩余电量、节点传输功率等，而不是只考虑节点度、节点移动速度、节点剩余电量、节点传输功率等中的单一因素。该算法的优势是可以灵活改变权重因子来适用不同场合。通过在自适应按需加权分簇算法AOW基础上进一步优化，提出了改进的自适应按需加权分簇算法ImAOW。ImAOW用归一化的方法解决了AOW权值相加单位不统一的问题，使权值计算更加合理，优化簇头的竞争选择。但是，通过对AOW和ImAOW算法的分析，可以发现以下问题：1)、在AOW算法中，权值系数是人为设置的，会掺杂人为感性因素，会使节点加权后的总权值失真，从而影响簇头的竞争选择。2)、在AOW算法中，计算节点i到邻居节点的平均距离(Distance)的权值参数Di时，直接对该节点的2跳邻居距离求和，即Di=Σj∈Neb2(i){Dis(i,j)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于感知器的自适应按需加权分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在网络中投放已知分簇关系和权值参数的训练节点，通过感知器算法确定所有训练节点权值参数的系数；所有训练节点的权值参数系数都相同，分别为：节点度的系数C1、节点到邻居节点平均距离的系数C2、节点的移动性的系数C3、节点的剩余电量的系数C4和节点发射功率的系数C5；步骤二、针对网络中的待分簇节点，获取每个待分簇节点i的5个权值参数；5个权值参数分别为：待分簇节点i的度Δi，待分簇节点i到邻居节点的平均距离Di，待分簇节点i的移动性Mi，待分簇节点i的剩余电量Ei，待分簇节点i的天线发射功率Pi；步骤三、针对待分簇节点i，将5个权值参数分别归一化；归一化公式如下：Δi*=Δi-ΔminΔmax-Δmin,Di*=Di-DminDmax-Dmin,Mi*=Mi-MminMmax-Mmin,Ei*=Ei-EminEmax-Emin,Pi*=1-Pi-PminPmax-Pmin]]>上式中，Δmin表示网络中所有待分簇节点度的最小值，Δmax表示网络中所有待分簇节点度的最大值，表示待分簇节点i归一化的度；Dmin表示网络中所有待分簇节点到邻居节点平均距离的最小值，Dmax表示网络中所有待分簇节点到邻居节点平均距离的最大值，表示待分簇节点i到邻居节点平均距离的归一化值；Mmin表示网络中所有待分簇节点相对于其1跳邻居节点的相对移动性的最小值，Mmax表示网络中所有待分簇节点相对于其1跳邻居节点的相对移动性的最大值，表示待分簇节点i相对于其1跳邻居节点相对移动性的归一化值；Emin表示网络中所有待分簇节点电池消耗电量的最小值，Emax表示网络中所有待分簇节点电池消耗电量的最大值，表示待分簇节点i归一化的电池消耗电量；Pmin表示网络中所有待分簇节点天线发射功率的最小值，Pmax表示网络中所有待分簇节点天线发射功率的最大值，表示待分簇节点i归一化的天线发射功率；步骤四、针对待分簇节点i，根据5个权值参数的系数和归一化后的5个权值参数计算节点i的总权值Wi；Wi=C1Δi*+C2Di*+C3Mi*+C4Ei*+C5Pi*]]>步骤五、针对网络中所有待分簇节点，按每个待分簇节点的1跳邻居节点的个数从大到小排序，将排序后的待分簇节点序号存入iDes数组；步骤六、将网络中的待分簇节点按照iDes数组的先后顺序划分到具体的簇；步骤601、依次取出iDes数组的某个元素iDes(i)，选取该元素iDes(i)所在组的簇头节点head，并给邻居节点广播簇头消息clusterHeadMsg(head,clusterSet)；步骤602、1跳邻居节点p收到簇头消息后，判断1跳邻居节点p的簇头域是否为空，如果为空，进入步骤603；否则，簇头域非空，丢弃此消息；步骤603、判断节点p是否存在于簇集合clusterSet中，如果是，将节点p的簇头域标记为head，进入步骤604；否则丢弃此消息；步骤604、节点p转发消息clusterHeadMsg(head,clusterSet)给节点p的所有1跳邻居节点，针对收到消息后的某个邻居节点q，判断节点q的簇头域是否为空，如果为空，进入步骤605；否则，簇头域非空，丢弃此消息；步骤605、判断节点q是否存在于簇集合clusterSet中，如果是，将节点q的簇头域标记为head，并转发消息clusterHeadMsg(head,clusterSet)到节点q的所有1跳邻居节点；否则丢弃此消息；步骤606、针对收到节点q转发消息的某个1跳邻居节点，继续判断簇头域是否为空，且邻居节点是否存在于簇集合clusterSet中；如果是，将邻居节点的簇头域标记为head；否则，簇头域非空，丢弃此消息；步骤607、标记为head的邻居节点继续转发消息clusterHeadMsg(head,clusterSet)并重复判断簇头域是否为空，且邻居节点是否存在于簇集合clusterSet中，直至将当前元素iDes(i)的簇集合clusterSet中所有邻居节点都划分完；步骤608、iDes数组的当前元素iDes(i)分簇形成后，应用广度优先搜索算法更新未入簇节点的3个权值参数：未入簇节点的度；未入簇节点到邻居节点的平均距离和未分簇节点的相对移动性；步骤609、选择iDes数组中的下一个元素，返回步骤601到步骤608，直至将所有元素完成全部分簇。...

【技术特征摘要】
1.一种基于感知器的自适应按需加权分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在网络中投放已知分簇关系和权值参数的训练节点，通过感知器算法确定所
有训练节点权值参数的系数；
所有训练节点的权值参数系数都相同，分别为：节点度的系数C1、节点到邻居节点平均
距离的系数C2、节点的移动性的系数C3、节点的剩余电量的系数C4和节点发射功率的系数
C5；
步骤二、针对网络中的待分簇节点，获取每个待分簇节点i的5个权值参数；
5个权值参数分别为：待分簇节点i的度Δi，待分簇节点i到邻居节点的平均距离Di，待
分簇节点i的移动性Mi，待分簇节点i的剩余电量Ei，待分簇节点i的天线发射功率Pi；
步骤三、针对待分簇节点i，将5个权值参数分别归一化；
归一化公式如下：
Δi*=Δi-ΔminΔmax-Δmin,Di*=Di-DminDmax-Dmin,Mi*=Mi-MminMmax-Mmin,Ei*=Ei-EminEmax-Emin,Pi*=1-Pi-PminPmax-Pmin]]>上式中，Δmin表示网络中所有待分簇节点度的最小值，Δmax表示网络中所有待分簇节
点度的最大值，表示待分簇节点i归一化的度；
Dmin表示网络中所有待分簇节点到邻居节点平均距离的最小值，Dmax表示网络中所有待
分簇节点到邻居节点平均距离的最大值，表示待分簇节点i到邻居节点平均距离的归一
化值；
Mmin表示网络中所有待分簇节点相对于其1跳邻居节点的相对移动性的最小值，Mmax表
示网络中所有待分簇节点相对于其1跳邻居节点的相对移动性的最大值，表示待分簇节
点i相对于其1跳邻居节点相对移动性的归一化值；
Emin表示网络中所有待分簇节点电池消耗电量的最小值，Emax表示网络中所有待分簇节
点电池消耗电量的最大值，表示待分簇节点i归一化的电池消耗电量；
Pmin表示网络中所有待分簇节点天线发射功率的最小值，Pmax表示网络中所有待分簇节
点天线发射功率的最大值，表示待分簇节点i归一化的天线发射功率；
步骤四、针对待分簇节点i，根据5个权值参数的系数和归一化后的5个权值参数计算节
点i的总权值Wi；
Wi=C1Δi*+C2Di*+C3Mi*+C4Ei*+C5Pi*]]>步骤五、针对网络中所有待分簇节点，按每个待分簇节点的1跳邻居节点的个数从大到
小排序，将排序后的待分簇节点序号存入iDes数组；
步骤六、将网络中的待分簇节点按照iDes数组的先后顺序划分到具体的簇；
步骤601、依次取出iDes数组的某个元素iDes(i)，选取该元素iDes(i)所在组的簇头节
点head，并给邻居节点广播簇头消息clu...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建国，汪钬柱，赵伦，闵平，陈雷，丁雅博，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11