一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，本发明专利技术采用考虑节点剩余能量和距离影响因子的LEACH方法，进行节点分簇，采用遗传算法快速寻找次优解，并映射为初始信息素浓度，利用蚁群算法获取最优解，快速有效的寻找到更短的路由路径，可有效降低节点数据传输能耗，降低系统总能耗，提升网络的寿命。提升网络的寿命。提升网络的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，属于城市地下综合管廊无线传感器网络


技术介绍

[0002]城市地下综合管廊主要指在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等重要城市基础工程管线集于一体，并设有专门的检修口、吊装口与检测系统，实施统一的规划、设计、建设和管理，该系统不仅能够解决城市的交通拥堵问题，还可以极大的方便了以上等市政设施的维护和检修。综合管廊的建设由于避免了铺设和维修地下管线所带来的频繁挖掘道路，对城市的交通以及居民的出行都带来了极大的便利，降低了多次翻新路面所带来的额外维修费用，并保持了路面的完整性和各种管线的使用耐久度，且由于减少了道路周边的杆柱以及各种地上管线数量，可以达到美化城市的目的。
[0003]在管廊环境中，多种物理设施以及网络的建设是显然的，也会带来大量不同类型的数据和信息，这为管廊的管理和维护带来了挑战。将无线传感器网络应用在城市地下综合管廊系统将解决这一问题，将不同的传感器节点部署在管廊中组成异构传感器网络，对其中的多种参数和数据进行收集，达到对各个管道的监测与预警效果。传感器具有体积小、成本低、使用时间长等优点，可以部署到平时人员难以到达或需要长时间检测的地方，但其维护和更换的代价较高。因此提供一种降低传感器节点能耗的路由方法变得尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，解决了
技术介绍
中披露的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种地下管廊无线传感器网络路由方法，包括：
[0007]采用LEACH方法对节点进行分簇；其中，节点包括非中继节点和中继节点；LEACH方法中，选择簇首用的判决函数考虑了节点剩余能量和距离的影响因子；
[0008]根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解；
[0009]将次优解映射作为初始信息素浓度，采用蚁群算法，获取节点数据传输路由的最优解。
[0010]非中继节点包括普通节点和高级节点，其中，普通节点和高级节点随机部署，中继节点部署在地下管廊分段的几何中心。
[0011]判决函数为：
[0012][0013]其中，T
i
为选择簇首用的阈值，p为预期的簇首占比，G为前轮1/P中没有成为簇首的节点集合，r为当前轮次，m
i
为当前节点i剩余能量和距离的影响因子。
[0014]影响因子的计算公式为：
[0015][0016]其中，α、β为权重系数，α+β＝1，E
i
为当前节点i的剩余能量，E
avg
为当前节点的平均剩余能量，d
i
为当前节点i到中继节点的距离，d
avg
为地下管廊分段内非中继节点到中继节点的平均距离。
[0017]传感器节点平均剩余能量的计算公式为：
[0018]E
avg
＝E
ttl
‑
r*E
ac
[0019]其中，E
ttl
为初始总能量，E
ac
为每轮消耗能量的平均估计值。
[0020]根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解，包括：
[0021]根据分簇结果，采用洪泛机制建立节点梯度分区；
[0022]根据节点梯度分区，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解。
[0023]一种地下管廊无线传感器网络路由系统，包括：
[0024]分簇模块：采用LEACH方法对节点进行分簇；其中，节点包括非中继节点和中继节点；LEACH方法中，选择簇首用的判决函数考虑了节点剩余能量和距离的影响因子；
[0025]遗传算法模块：根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解；
[0026]蚁群算法模块：将次优解映射作为初始信息素浓度，采用蚁群算法，获取节点数据传输路由的最优解。
[0027]分簇模块中判决函数为：
[0028][0029]其中，T
i
为选择簇首用的阈值，p为预期的簇首占比，G为前轮1/P中没有成为簇首的节点集合，r为当前轮次，m
i
为当前节点i剩余能量和距离的影响因子。
[0030]一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行地下管廊无线传感器网络路由方法。
[0031]一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行地下管廊无线传感器网络路由方法的指令。
[0032]本专利技术所达到的有益效果：本专利技术采用考虑节点剩余能量和距离影响因子的LEACH方法，进行节点分簇，采用遗传算法快速寻找次优解，并映射为初始信息素浓度，利用蚁群算法获取最优解，快速有效的寻找到更短的路由路径，可有效降低节点数据传输能耗，降低系统总能耗，提升网络的寿命。
附图说明
[0033]图1为地下管廊无线传感器网络路由方法的流程图；
[0034]图2为无线传感器网络系统模型图；
[0035]图3为基于分簇结果获得最优解的流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0037]如图1所示，一种地下管廊无线传感器网络路由方法，包括以下步骤：
[0038]步骤1，采用LEACH方法对节点进行分簇；其中，节点包括非中继节点和中继节点；LEACH方法中，选择簇首用的判决函数考虑了节点剩余能量和距离的影响因子；
[0039]步骤2，根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解；
[0040]步骤3，将次优解映射作为初始信息素浓度，采用蚁群算法，获取节点数据传输路由的最优解。
[0041]上述方法采用考虑节点剩余能量和距离影响因子的LEACH方法，进行节点分簇，采用遗传算法快速寻找次优解，并映射为初始信息素浓度，利用蚁群算法获取最优解，快速有效的寻找到更短的路由路径，可有效降低节点数据传输能耗，降低系统总能耗，提升网络的寿命。
[0042]在进行路由方法之前，先将地下管廊进行分段，在分段中，将非中继节点和中继节点按一定的规律部署。
[0043]如图2所示为一地下管廊分段，每段长L，部署的非中继节点包括普通节点和高级节点，普通节点携带能量E，高级节点与其存在能量异构，携带能量且二者随机部署，主要作用为感知周围数据并参与成簇，中继节点固定部署在分段内几何中心，且通过电缆进行不间断供电，能量可认为是无穷，主要作用是进行数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下管廊无线传感器网络路由方法，其特征在于，包括：采用LEACH方法对节点进行分簇；其中，节点包括非中继节点和中继节点；LEACH方法中，选择簇首用的判决函数考虑了节点剩余能量和距离的影响因子；根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解；将次优解映射作为初始信息素浓度，采用蚁群算法，获取节点数据传输路由的最优解。2.根据权利要求1所述的一种地下管廊无线传感器网络路由方法，其特征在于，非中继节点包括普通节点和高级节点，其中，普通节点和高级节点随机部署，中继节点部署在地下管廊分段的几何中心。3.根据权利要求1所述的一种地下管廊无线传感器网络路由方法，其特征在于，判决函数为：其中，T
i
为选择簇首用的阈值，p为预期的簇首占比，G为前轮1/P中没有成为簇首的节点集合，r为当前轮次，m
i
为当前节点i剩余能量和距离的影响因子。4.根据权利要求3所述的一种地下管廊无线传感器网络路由方法，其特征在于，影响因子的计算公式为：其中，α、β为权重系数，α+β＝1，E
i
为当前节点i的剩余能量，E
avg
为当前节点的平均剩余能量，d
i
为当前节点i到中继节点的距离，d
avg
为地下管廊分段内非中继节点到中继节点的平均距离。5.根据权利要求4所述的一种地下管廊无线传感器网络路由方法，其特征在于，传感器节点平均剩余能量的计算公式为：E
avg
＝E
ttl
‑
r*E
ac
其中，E
ttl<...

【专利技术属性】
技术研发人员：路永玲，胡成博，杨景刚，孙蓉，王真，朱雪琼，贾骏，张国江，付慧，姚楠，张东磊，陆阳，白巍，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司全球能源互联网研究院有限公司江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：