[發明專利]一種無線可充電傳感器網絡聚類分簇路由方法

有效

• 申請號: 201711081873.X
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107613540B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 魏振春;劉菲;呂增威;韓江洪;石雷;孫仁浩;王旭;夏成凱;馮琳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/04;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種無線可充電傳感器網絡聚類分簇路由方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、初始化階段，具體過程如下：

(1.1)、參數初始化：初始化調整因子α和δ，其中0<α≤1，0<δ≤1；

(1.2)、傳感器網絡初始化：初始化傳感器節點的單跳通信臨界距離d₀、每個傳感器節點電池最大容量E_max；網絡中傳感器節點個數為m，m∈N⁺,N⁺為正整數集合，將每個傳感器節點標記為n_i，i＝1,2,…,m；

(1.3)、充電系統初始化：初始化充電半徑R；傳感器節點n_i的初始能量值記為E_i，E_i＝E_max；充電調度輪次r＝1；

(2)、簇構建階段，具體過程如下：

(2.1)、根據公式(1)計算分簇個數k，公式(1)如下所示：

其中，δ為調整因子，L為WRSN分布的矩形區域的長，W為WRSN分布的矩形區域的寬；

(2.2)、在區域P中選擇服從均勻分布U的k個坐標，以分別與這k個坐標距離最近的k個傳感器節點作為聚類中心

其中，第r輪聚類中心的集合表示為(N⁺為正整數集合)；第r輪的每個聚類中心表示為第r輪非聚類中心的集合表示為(N⁺為正整數集合)；第r輪的每個非聚類中心表示為

(2.3)、判斷r＝1是否成立，若成立執行后續步驟；否則，令簇頭節點為聚類中心執行后續步驟；

(2.4)、計算各聚類中心之間的距離、各聚類中心與服務站S之間的距離，移動無線能量補給/數據釆集設備WCE以服務站S為起止點，遍歷所有聚類中心，求得最短哈密爾頓回路，將最短哈密爾頓回路上的所有聚類中心被移動無線能量補給/數據釆集設備WCE訪問的次序標記為

其中，每一輪聚類中心被移動無線能量補給/數據釆集設備WCE訪問次序的集合表示為N⁺為正整數集合；第r輪的聚類中心坐標在最短哈密爾頓回路上被WCE訪問的次序表示為

(2.5)、令w＝1；

(2.6)、計算聚類中心與固定基站B之間的距離并計算聚類中心剩余能量值根據公式(2)計算聚類中心的聚標半徑公式(2)如下：

Rwr=kqwr·αDw,Br·EwrEmax,(0<α≤1)---(2),]]>

其中，α為調整因子，表示聚類中心的當前剩余能量；

若則令執行后續步驟；如果則令執行后續步驟；否則，執行后續步驟；

(2.7)、計算每個非聚類中心分別到每個聚類中心坐標的距離若或w＝k，則記聚類中心為非聚類中心的候選聚類中心，并執行后續步驟；否則令w＝w+1，返回執行步驟(2.6)；

(2.8)、對于非聚類中心的候選聚類中心中，令距離最近的候選聚類中心為非聚類中心的聚類中心，所有非聚類中心的傳感器節點都屬于一個聚類中心，形成k個簇；

(2.9)、分別計算每個簇中所有傳感器節點的坐標的平均值為將距離最近的傳感器節點作為該簇簇頭節點簇頭節點的集合表示為

(3)、數據傳輸階段：

(3.1)、移動無線能量補給/數據釆集設備WCE從服務站S出發，選取所有簇頭節點從這些節點中距離固定基站B最遠的簇頭節點開始，采用貪婪算法構造整個無線可充電傳感器網絡WRSNs的通信主鏈，即在集合T^r內，通過尋找與其距離最近的簇頭節點作為通信的下一跳節點；同時，對于集合T^r中的孤立的簇頭節點直接與固定基站B進行通信，孤立的簇頭節點即該簇頭節點與集合內各節點的距離都大于該簇頭節點與固定基站B的距離的簇頭節點；

(3.2)、簇內節點以單跳的傳輸方式將數據發送至所屬的簇頭節點向移動無線能量補給/數據釆集設備WCE發出請求發送數據信號，計算移動無線能量補給/數據釆集設備WCE至服務站S的距離至移動無線能量補給/數據釆集設備WCE的距離以及至固定基站B的距離

(3.3)、若滿足判斷條件J，則簇頭節點將數據通過單跳傳輸的方式發送給移動無線能量補給/數據釆集設備WCE；否則，簇頭節點按照通信主鏈進行數據傳輸；移動無線能量補給/數據釆集設備WCE遍歷所有簇頭節點一次后回到服務站S；

判斷條件J具體為：

同時滿足以下約束條件(3)、(4)、(5)。

DS,WCEr≠0---(3),]]>

Du,WCEr≤d0---(4),]]>

Du,WCEr≤Du,Br---(5);]]>

(3.4)、若移動無線能量補給/數據釆集設備WCE遍歷了所有簇頭節點一次，則移動無線能量補給/數據釆集設備WCE回到服務站S，r＝r+1，返回執行步驟(2.3)；否則網絡異常，算法終止。