[發明專利]基于聚類和模糊系統的無線傳感器網絡分簇路由協議方法

有效

• 申請號: 201810409077.2
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108770029B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 李冬輝;李林;鄭博文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/04;H04W40/10;H04W84/18;H04L12/715
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種基于聚類和模糊系統的無線傳感器網絡分簇路由協議方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、匯聚節點采用聚類算法通過迭代將無線傳感器網絡分為k個最優的固定簇；

步驟2、匯聚節點用基于模糊系統的分簇算法計算出模糊規則，將模糊規則以及每個節點自身的節點到匯聚節點的距離D^tos、節點到簇的中心點的距離D^toc和所屬的簇的編號分發給每個節點；

步驟3、首輪匯聚節點通過模糊系統計算出每個簇中簇頭的優先度P^choose的最大值，擁有最大簇頭的優先度P^choose的節點為所在簇的簇頭，匯聚簇頭將節點ID以及對應簇的編號廣播，節點識別出并記錄所在簇的簇頭ID；

步驟4、簇內通信采用TDMA方式，簇頭節點給各個簇內節點分配時隙，每輪最后一個時隙空出，用來廣播下輪簇頭的節點ID；簇內節點在自己的時隙內將自己的剩余能量、匯聚節點的距離D^tos、節點到簇的中心點的距離D^toc和采集的數據發送給簇頭，簇頭接收、融合簇內節點采集的數據，處理后將數據包轉發給匯聚節點；

步驟5、簇頭節點在完成本輪簇內節點數據傳輸后，將收到的簇內各節點的剩余能量歸一化，計算節點的剩余能量E^res，采用模糊系統計算出最大簇頭的優先度P^choose，找出最大的P^choose的節點ID，作為下一輪簇頭，并將其廣播；

步驟6、網絡正常工作時，重復步驟4和步驟5；

所述模糊系統由模糊器、模糊規則、模糊推理以及解模糊器構成，模糊系統有如下三個輸入：節點到匯聚節點的距離、節點到簇的中心點的距離以及節點的剩余能量，三個輸入經過模糊器模糊化后送入模糊推理，模糊推理根據模糊規則輸出推理結果，將推理結果通過解模糊器解模糊化得到輸出；

所述模糊系統的三個輸入需要進行歸一化處理，歸一化處理后的節點到匯聚節點的距離、節點到簇的中心點的距離以及節點的剩余能量分別記作D^tos、D^toc和E^res；并且將D^tos和D^toc分為3個等級，采用梯形隸屬度函數，將E^res分為5個等級，采用三角形隸屬度函數，輸出為節點成為簇頭的優先度記為P^choose，分為9個等級，采用三角形隸屬度函數。

2.根據權利要求1所述的基于聚類和模糊系統的無線傳感器網絡分簇路由協議方法，其特征在于：所述步驟1采用K-means++聚類算法進行節點分簇，其具體方法如下：

⑴從節點的坐標集合X＝{x₁,x₂,..,x_m,..,x_n}中隨機選擇一個節點作為第一個簇的中心點，記作c₁；

⑵計算每個節點到新的簇的中心點的距離，計算方法為：從X中選取一個新的節點x_m作為新的簇的中心點c_p，節點x_m到c_j的Euclidean距離記作d(x_m,c_j)，x_m被選取的概率為：

其中p∈{1,...,k}；

⑶重復步驟⑵直到k個簇的中心點被選出來；

⑷計算每個節點到每個簇的中心點的距離，將節點分配給距離最近的簇中心，節點x_i∈C_p，C_p簇的中心點c_p所在簇的節點的集合；

⑸對每個簇p∈{1,...,k}，將其新的簇的中心點定為

⑹計算函數其中當x_i∈C_p時，r_im為1，時，r_im為0；

⑺重復步驟⑷和步驟⑸,直到函數J與上一輪的函數J相差小于設定的閾值或者達到設定的代數。