[發明專利]一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法

有效

• 申請號: 202010105831.0
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111200856B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 謝昊飛;賈哲健;王平;袁興未;徐國超
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/20;H04W40/32;H04W84/18;G06N5/04
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

1.一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1、根據初始節點能量和傳輸節點消耗，建立無線傳感器節點的能效計算模型，并計算出各個節點的剩余能量RE；

S2、根據鄰居節點信息和下一跳節點位置信息，建立數據聚合模型，計算出各個簇頭與其成員節點之間的距離D_toC；

S3、根據節點密度，在無線傳感器網絡中確定m個初始聚類中心；

S4、輸入剩余能量RE和距離D_toC，將m個初始聚類中心利用IF-THEN模糊規則中的隸屬函數對應輸出m個最優簇頭；

S5、成員節點將信息集中發送給對應的最優簇頭，各個最優簇頭之間通過多次轉發將數據傳輸到目的地；根據迭代次數和簇間數據包傳輸成功率，丟棄或者合并無效路徑，完成路徑搜索；

S6、通過評估路徑質量，從步驟S5中搜索出的路徑中競爭比選求解出多跳最優路徑；

其中，步驟S5中具體包括：

設P(u,v)是節點u和節點v之間的數據包接收比，則數據包傳輸成功率的表示如下：

subject·to PDR≥T_PDR；

其中，PDR是數據包傳輸成功率，T為總時間，T_PDR是PDR的閾值；

迭代次數T_K是根據最優簇頭轉發數據到達目的地的次數為指標，假設初始迭代次數為1，根據最后一次迭代所選動作的概率乘積，如果該乘積1，則表示迭代次數越大；

其中步驟S6中具體包括，通過性能指標函數評估路徑質量綜合考慮簇頭迭代次數和數據包傳輸成功率，并且采用Max-Min標準化對數據進行變換，同時采用競爭比選方式，選擇迭代次數較小且數據包傳輸成功率較高的路徑作為最優路徑。

2.根據權利要求1所述的一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法，其特征在于，所述各個節點的剩余能量的計算方式包括RE＝E_R(l)-d×E_elec，具體為：

其中，RE表示所有節點的剩余能量；E_R(l)表示數據接收的能量消耗，E_T(l)表示數據發送時的能量消耗，E_elec表示單個節點能量消耗，d₀為傳輸距離閾值，ε_fs和ε_amp均表示必要的能量消耗參數，l表示數據長度；d為實際傳輸距離。

3.根據權利要求1所述的一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法，其特征在于，所述各個簇頭與其成員節點之間的距離的計算公式包括：

其中，

如果是原始數據聚合，即θ_j＝δ_j，

那么聚合公式為：

如果聚合的數據不是原始數據，

那么聚合公式為：

表示節點S_i和節點S_j的中間聚合；表示節點S_i當前聚合結果；θ_j表示節點S_j的數據；δ_i表示節點S_i的原始數據；δ_j表示節點S_j的原始數據；τ表示數據聚合參數；c表示聚合常量；D表示節點之間的距離。

4.根據權利要求1所述的一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法，其特征在于，所述m個初始聚類中心的確定公式包括定義無線傳感器節點密度，尋找某領域節點密度，若該領域節點密度大于所定義的無線傳感器節點密度，則將第一個高密度區域數據點的結合作為第一個初始聚類中心，再將距離第一個聚類中心最遠的數據點作為第二個聚類中心，對于m個聚類中心，滿足根據此公式選擇出m個聚類中心；其中，p₁表示第一個聚類中心；p_m表示第m個聚類中心。

5.根據權利要求1所述的一種無線傳感器的多跳最優路徑選擇方法，其特征在于，所述m個最優簇頭的確定方式包括采用IF-THEN規則建立模糊規則，使用IF-THEN規則中的隸屬函數，利用三角隸屬函數進行模糊推理；輸出對應的m個最優簇頭。