[發(fā)明專利]水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)的多跳分簇融合路由

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310611085.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103686925A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志貴;李敏;劉英平;孟德軍;張彩霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/20
• 分類號(hào): H04W40/20;H04W40/24;H04W84/18
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是在水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的一種分簇融合路由。屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)將大量采集水環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)布置到監(jiān)測(cè)水域，節(jié)點(diǎn)通過自組織形成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域水環(huán)境實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，這為水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了新的手段。水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)需要選擇合適的路徑傳輸，即路由協(xié)議。無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的路由協(xié)議不同于無線網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議，前者受能量限制，后者則沒有。因此，針對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，且變化緩慢特點(diǎn)，設(shè)計(jì)節(jié)能有效的路由協(xié)議顯得尤為重要。

水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，主要集中在水下聲波通信路由協(xié)議研究，對(duì)于水面區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究較少。有學(xué)者提出一種適合于海洋環(huán)境的節(jié)省能量的路由協(xié)議，該協(xié)議主要集中在能量分配上，但網(wǎng)絡(luò)生命周期方面無明顯改善；有學(xué)者將LEACH應(yīng)用于水環(huán)境無線傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，基于理想的簇首出現(xiàn)頻率，提出簇首期望頻率的LEACH路由協(xié)議，該協(xié)議通過合理選定簇首方法，到達(dá)降低能耗的作用，其可操作性、降低能耗方面非常有限。還有學(xué)者結(jié)合水環(huán)境無線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提出一種基于LEACH的水環(huán)境無線能量控制路由，該路由采用逐次選擇的方式選擇簇首，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的生存周期，逐次選擇簇首也需要大量時(shí)間及能量。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化緩慢，甚至兒個(gè)小時(shí)都沒有變化，直接傳輸帶來網(wǎng)絡(luò)能量消耗；另外，同一區(qū)域水環(huán)境可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，帶來數(shù)據(jù)冗余。如果通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將這些冗余數(shù)據(jù)融合處理后，再選擇合適路徑進(jìn)行傳輸，將節(jié)省大量能量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。基于這個(gè)思想，本發(fā)明利用多層感知器(MLP)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，提出一種多跳分簇融合路由(MLP-GEEMHCR)。本發(fā)明是在GEEMHCR路由的基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)融合階段，即MLP-GEEMHCR路由實(shí)施由初始化階段、穩(wěn)定階段和數(shù)據(jù)融合階段組成，前兩個(gè)階段與GEEMHCR路由相同。具體如下：

1.簇的劃分：首先在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，然后對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分簇。由無線電模型可知，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送k?bit數(shù)據(jù)的能量消耗E_send(k，d)如公式(1)所示：

E_send(k，d)=E_{s_elec}(k)+E_amp(k，d)=KE_elec+kε_ampd⁴???????(1)

其中，E_elec是發(fā)送電路和接收電路處理1bit數(shù)據(jù)消耗的能量，d是信號(hào)傳輸距離，k是要發(fā)送的數(shù)據(jù)bit，ε_amp是信號(hào)放大的放大倍數(shù)，ε_amp=εf_s=0.0013pJ／bit／m⁴。

傳感器節(jié)點(diǎn)接收k?bit數(shù)據(jù)的能量消耗E_ieceive(k)如公式(2)所示：

E_ieceive(k)=E_{r_elec}(k)=kE_elec???????(2)

在L×L的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，由公式(1)、公式(2)和實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境推導(dǎo)得出最優(yōu)分簇?cái)?shù)目m_opt的計(jì)算方法如公式(3)所示。

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