【技术实现步骤摘要】
面向山林防火的三维无线传感器网络数据路由融合方法
[0001]本专利技术属于三维无线传感器网络
，具体涉及一种面向山林防火的三维无线传感器网络数据路由融合方法。
技术介绍
[0002]无线传感器网络具有大规模、无线、自组织、多跳、无基础设施支持的特点，传感器节点成本低、体积小、同构，大多数节点位置固定，随机分布在监控区域，要求网络系统尽可能长时间工作。
[0003]基于无线传感器网络的上述特点与限制，路由算法成为了无线传感器网络研究的重点。路由算法，又名选路算法，是指为传感器节点找到一条最佳的传输路径的算法，其目的是提高网络的处理能力并降低能耗。
[0004]分簇算法(也称分层路由算法)是路由算法研究的热点。在分簇算法中，节点被分组、集群成簇，每个簇通常要选出一个节点作为领导者(簇头)，簇成员节点仅与各自的簇头通信，簇头接收簇成员节点的数据，再将全簇的数据发送给观察者或汇聚节点。
[0005]数据融合是指将多份数据或信息进行处理，得到更有效、更符合用户需求的数据的过程。数据融合可以提高系统的鲁棒性，帮助用户做出决策并减小数据的规模，从而节省能量。
[0006]目前，绝大多数算法是基于二维无线传感器网络设计的，应用于地势相对陡峭的山林防火监测有一定的局限性。因此，提出三维无线传感器网络的布设方法及相关的路由融合方法成为亟待解决的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服二维无线传感器网络的局限性，提供一种面向山林防火的三维无线传感器网络数据路由融合方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向山林防火的三维无线传感器网络数据路由融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在监测区域内布设面向山林防火的三维无线传感器网络；所述的面向山林防火的三维无线传感器网络中所有节点是同构的，它们是完全相同的设备，有唯一的编号；所有节点的初始能量是相等的，不可补充，且所有节点的初始能量足够它们完成至少一次数据传输；所有节点在部署后，其空间直角坐标已知，且不再改变，所有节点存有其他节点的编号、空间坐标；所有节点可以调整发射功率，节点的传输距离上限为d0；节点的状态分为三种：正常运行、休眠、死亡，任何一个节点处于且只能处于这三种状态中的一种；节点可以进入休眠状态，但不允许所有节点进入休眠状态；正常节点和休眠节点在条件满足时可以修改状态，死亡节点的状态不再改变；所有正常节点都传输数据后，视为网络完成了一个轮次的数据传输，整个网络的寿命以传输数据轮次衡量；节点的状态仅当轮次变化时才会变化，并在开始传输数据前被确定；正常节点本轮必须传输数据，休眠节点本轮不传输数据，死亡节点不会再传输任何数据。所述的监测区域内存在可移动的Sink节点，Sink可以对所有节点传达指令，Sink节点接收到数据后将其融合、汇总，发送到基站；将监测区域划分成n行m列，共n
×
m个小块，每个小块内存在至少2个节点，且满足其中，均为设定值；表示x向上圆整；TR0为节点的传输半径，所有节点的传输半径TR
i
是相同的常数，即TR
i
＝TR0；步骤2：规划初始成簇；步骤2.1：获取所有节点的成簇信息；步骤2.2；任选一个未入簇的节点，判断是否有合适的簇；若不存在合适的簇，则该节点自成簇；否则，该节点加入最佳簇；以C
j
表示第j个簇，设C
j
中的节点是N
j1
，N
j2
，
…
，对于节点N
i
，如果满足DNC(i，j)≤TR
i
且p
j
＜MCN，则判定C
j
是节点N
i
的一个合适的簇；MCN为设定的每个簇的最大成员数；的一个合适的簇；MCN为设定的每个簇的最大成员数；其中，(x
i
，y
i
，z
i
)、(x
jk
，y
jk
，z
jk
)分别为节点N
i
、N
jk
的坐标；若节点N
i
的所有合适的簇为对于簇如果满足则判定是节点N
i
的最佳簇；步骤2.3：判断初始成簇是否完成；若未完成初始成簇，则返回步骤2.2；否则，执行步骤
2.4；初始成簇的完成条件为：所有节点均加入了各自的簇，簇有唯一的编号，簇的编号依簇形成的顺序而定，且任何一个簇内必须有至少1个节点；步骤2.4：判断是否存在一元簇；若不存在一元簇，则输出所有节点的初始成簇信息；否则，则清除成簇结果，返回步骤2.1重新执行初始成簇；步骤3：选取簇头；首先计算出C
j
内节点的重心坐标CG
j
＝(x
j
，y
j
，z
j
)和簇内节点剩余能量的中位数CE
j
，并构建一个虚拟的节点其空间直角坐标为(x
j
，y
j
，z
j
)；对于C
j
内的每一个筛选出剩余能量足以完成簇头传输任务的节点作为簇头候选者；如果某个簇中没有簇头候选者，则该簇被设置为休眠簇直至下次重新分簇；对于簇内每个簇头候选者，考察2个指标来选取最合适的簇头：与的距离d(j
k
，j0)、的剩余能量与CE
j
的距离与越小，则认为越适合成为簇；其中，重心CG
j
是球面距离意义下的重心，且限制(x
j
，y
j
，z
j
)在监测区域内，采用改进的模拟退火算法寻找(x
j
，y
j
，z
j
)的精确值；步骤4：规划路由；步骤4.1：获取簇中所有节点的信息；簇有以下三种状态：未规划、已规划和休眠，任何一个簇处于且仅处于其中一种；未规划簇中至少有一个正常节点，且该节点的路由规划未完成；已规划簇中至少有一个正常节点，且所有正常节点的路由规划已完成；休眠簇没有正常节点，即所有节点都是休眠节点；按节点的簇内出度将簇内的非簇头节点分为以下四类：(1)簇内度0节点该类节点满足IOD(j
u
)＝0；(2)A型簇内度1节点该类节点满足IOD(j
q
)＝1，且该类节点能够以单跳的方式传输数据给簇头；(3)B型簇内度1节点该类节点满足IOD(j
h
)＝1，且该类节点无法以单跳的方式传输数据给簇头；(4)其他节点该类节点满足IOD(j
k
)≥2；步骤4.2：判断簇头能否完成传输任务；若无法完成传输任务，则令全簇节点休眠；否则，执行步骤4.3；步骤4.3：令Counter＝0；步骤4.4：判断Counter是否等于考察路由方案数量；若Counter等于考察路由方案数量，则通过熵权综合评价法确定指标权重，选取并执行最佳路由方案；否则，执行步骤4.5；考虑相互独立的RN
j
个路由规划，设它们为考察这些路由规划的如下四个指标来选择最佳路由方案：全簇剩余能量全簇节点剩余能量的方差全簇数据传输量和休眠节点数量其中，全簇剩余能量全簇数据传输量为效益型指标，全簇节点剩余能量的方差休眠节点数量
为成本型指标；步骤4.5：簇内节点唤醒；步骤4.6：判断簇内所有节点是否完成路由规划；若簇内所有节点已完成路由规划，则存储该路由方案，令Counter自增1后返回步骤4.4；否则，执行步骤4.7；步骤4.7：判断簇内是否有度0节点；若簇内有度0节点，则令度0节点休眠；否则，执行步骤4.8；步骤4.8：判断簇内是否有B型度1节点；若簇内有B型度1节点，则随机为一个B型度1节点规划路由后，返回步骤4.7；否则，执行步骤4.9；步骤4.9：记录簇内A型度1节点编号；步骤4.10：判断簇内是否有其他节点；若簇内有其他节点，则选择一个其他节点作为发送节点sender并为它规划路由后，返回步骤4.8；否则，执行步骤4.11；在确保簇中没有度0节点和B型度1节点，并排除掉A型度1节点后，剩下的节点是其他节点，设它们为考察其他节点的如下三个指标来选择一个节点作为发送节点sender并为它规划路由：和簇头的距离d(j
i
，j
CH
)、剩余能量和簇内出度和簇内出度其中，和簇头的距离d(j
i
，j
CH
)是效益型指标，剩余能量和簇内出度IOD(j
i
)是成本型指标；和簇头距离远、剩余能量少、簇内出度小的其他节点应优先规划路由；考察所有其他节点的上述三个指标数据值，用熵权综合评价法获得每个节点的评分考察所有其他节点的上述三个指标数据值，用熵权综合评价法获得每个节点的评分依概率选择一个节点规划路由，具体如下：设的评分为则选择规划路由的概率为选定了待规划的其他节点后，还需为它选择一个接收节点receiver)；其他节点是簇内出度至少为2的节点，因此至少有2个可接收节点；设的可接收节点为考察可接收节点的如下四个指标来选择一个接收节点：和的距离d(j
i
，j
q
)、剩余能量和簇头的距离d(j
q
，j
CH
)、待传数据量)、待传数据量和的距离近、剩余能量多、和簇头的距离近、待传数据量少的...
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