一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法技术

本发明专利技术涉及一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，属于无线传感器网络分簇路由技术领域。首先，引入双簇首网络模型，以通信能耗为依据设置最优成簇规模，模糊C均值(FCM)算法根据算术优化算法(AOA)提供的初始聚类中心进行集中式成簇划分；其次，在监测区域已经划分成簇的基础上，对内外簇首的工作特性、影响簇首能耗的因素进行分析，分别为内外簇首设计独立的簇首评价函数，基于此进行分布式动态双簇首轮换；最后，对外簇首间中继转发策略的距离适用条件进行分析，并以能量消耗速率为依据选择外簇首的中继节点。本发明专利技术可以提升节点能量利用效率，从而延长了网络的生命周期。命周期。命周期。

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法


[0001]本专利技术涉及一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，属于无线传感器网络分簇路由


技术介绍

[0002]在无线传感器网络中，传感器节点通过无线通信的方式可以在特定区域内形成分布式的自组织多跳监测网络。因为传感器节点具有体积小、成本低和轻量化等特点，且通常随机部署在无人值守的场景，所以其储能部件几乎不可能也没必要更换或二次供能。然而网络的工作时间取决于节点的能量效率，因此如何优化节点的能耗水平、平衡节点的负载始终是无线传感器网络应用中的一大技术难点。针对无线传感器网络中的能耗问题，许多节能路由算法被提出。其中，分簇路由算法凭借通信能耗低、可靠性高和可扩展性好的优点，得到了广泛的研究。
[0003]本专利技术的技术来源于云南省基础研究计划重点项目(202101AS070016)；云南省“兴滇英才支持计划”产业创新人才项目(云发改人事[2019]1096号)；云南省技术创新人才项目(2019HB113)；云南省计算机技术应用重点实验室开放基金；云南省本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于：Step1：网络初始化，在面积为M
×
M的二维监测区域内随机部署N个WSNs传感器节点，节点在监测区域内被划分成簇，每个簇可以选举内、外两个簇首，每次数据采集都通过节点间的转发将监测数据传输到基站；Step2：分析双簇首模型下成簇规模与网络能耗之间的关系，以最小化网络总能耗为目标来设置最优成簇规模，来给FCM算法指定聚类数目；Step3：将AOA个体编码为聚类中心组合，然后AOA以FCM算法的目标函数作为适应度函数计算聚类分析前的初始聚类中心，再将其带入FCM算法进行集中式成簇，最终将整个网络划分为C个簇；Step4：以节点的位置、能量和中心度为影响因子，根据内外簇首的工作特性分别设计独立的簇首评价函数，以评价值为依据在簇内进行簇首的动态轮换；Step5：计算外簇首间中继转发策略的距离适用条件，并以能量消耗速率为依据选择外簇首的中继节点。2.根据权利要求1所述的基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于，所述Step2具体为：能耗模型采用一阶无线通信模型，节点发送lbit数据到距离为d的节点的能耗为：式中，ε
fs
和ε
mp
为功率放大器能耗系数，为距离阈值，E
elec
为设备运行能耗系数，节点接收l bit数据和将δ个l bit的数据包融合为一个能耗分别为：E
RX
(l)＝lE
elec
，E
AGG
(δ，l)＝δlE
da
式中，E
da
为节点融合1bit数据所需能耗；那么网络运行一轮，整个网络的能耗为所有内、外簇首和簇成员的能耗之和，其计算公式为：式中，C为成簇规模，d
ON
为外簇首到下一跳外簇首距离，T
R
为外簇首中继次数；令E
Total
对C求偏导为0，可以求得最优成簇规模C
opt
为：3.根据权利要求1所述的基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于，所述Step3具体为：Step3.1：设置编码格式，将AOA的个体编码为FCM算法中一组C个D维的聚类中心集合，则每个个体可以用一个C
×
D的矩阵表示；Step3.2：设置AOA和FCM算法各初始参数，随机初始化A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，高翔，张宏，
申请(专利权)人：云南枭润科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：