[發(fā)明專利]一種無線傳感器的多跳最優(yōu)路徑選擇方法

有效

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• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111200856B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝昊飛;賈哲健;王平;袁興未;徐國超
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 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(wù)所 50215
• 代理人: 王海軍

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳最優(yōu)路徑選擇方法；所述方法包括根據(jù)初始節(jié)點(diǎn)能量和傳輸節(jié)點(diǎn)消耗，建立能效計(jì)算模型計(jì)算出剩余能量；根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息和下一跳節(jié)點(diǎn)位置信息，建立數(shù)據(jù)聚合模型，計(jì)算簇頭與成員節(jié)點(diǎn)之間的距離；根據(jù)節(jié)點(diǎn)密度，確定m個初始聚類中心；將m個初始聚類中心利用改進(jìn)的IF?THEN模糊規(guī)則中的隸屬函數(shù)對應(yīng)輸出m個最優(yōu)簇頭；將信息發(fā)送給對應(yīng)的最優(yōu)簇頭，最優(yōu)簇頭之間通過多次轉(zhuǎn)發(fā)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡兀桓鶕?jù)迭代次數(shù)和簇間傳輸成功率，丟棄或合并無效路徑，完成路徑搜索；通過評估路徑質(zhì)量，從搜索出的路徑中競爭比選求解出最優(yōu)路徑。本發(fā)明能有效降均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于模糊算法的最優(yōu)簇頭 選擇且能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法，具體為一種無線傳感器的多跳最 優(yōu)路徑選擇方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分散在各個地區(qū)的小型和微型設(shè)備組成，用于事件監(jiān)測。 但是一般的傳感器節(jié)點(diǎn)部署在較為惡劣的環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)充電或更換電池都十分 困難。任何無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)都是發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，而鏈路服務(wù)質(zhì) 量和能量消耗一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的重要挑戰(zhàn)，在多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中，由于其高丟包率和能量利用率，需要可靠的鏈路來實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳輸， 采用多條路徑傳輸數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致多次重傳，從而造成資源消耗和長時延。

現(xiàn)有的方法主要是基于單路徑路由，單路徑能夠以最小的功率計(jì)算系統(tǒng)的 復(fù)雜性、資源利用率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但是當(dāng)路徑未能發(fā)送數(shù)據(jù)包，且產(chǎn)生 額外開銷時，單路徑路由無法解決上述此類問題。雖然目前已經(jīng)能利用多路徑 滿足鏈路服務(wù)質(zhì)量等要求，但是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)多次轉(zhuǎn)發(fā)會對無線信道造成干擾， 并且通過增加路徑數(shù)量會導(dǎo)致能源的消耗過多。因此亟需一種方式，能夠提高 多路徑路由中節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)目煽啃院徒档途W(wǎng)絡(luò)能耗的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸特 點(diǎn)，結(jié)合鄰居節(jié)點(diǎn)和下一跳節(jié)點(diǎn)位置信息，建立了數(shù)據(jù)聚合模型，將數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行聚合，并形成多個簇頭，計(jì)算出各個簇頭與其成員節(jié)點(diǎn)之間的距離；計(jì)算 傳輸能量和路徑損耗，建立節(jié)點(diǎn)能耗估算模型并計(jì)算節(jié)點(diǎn)剩余能量；基于節(jié)點(diǎn) 的密度，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中確定多個初始聚類中心，輸入剩余能量和距離， 利用改進(jìn)的IF-THEN模糊規(guī)則中的隸屬函數(shù)對應(yīng)輸出多個最優(yōu)簇頭；成員節(jié)點(diǎn) 將信息發(fā)送給其對應(yīng)的最優(yōu)簇頭中，完成最優(yōu)路徑搜索。

其中，最優(yōu)簇頭對應(yīng)為初始聚類中心進(jìn)行調(diào)整后的聚類中心。

具體的，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括：

一種無線傳感器的多跳最優(yōu)路徑選擇方法，所述方法包括以下步驟：

S1、根據(jù)初始節(jié)點(diǎn)能量和傳輸節(jié)點(diǎn)消耗，建立無線傳感器節(jié)點(diǎn)的能效計(jì)算 模型，并計(jì)算出各個節(jié)點(diǎn)的剩余能量RE；

S2、根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息和下一跳節(jié)點(diǎn)位置信息，建立數(shù)據(jù)聚合模型，計(jì)算 出各個簇頭與其成員節(jié)點(diǎn)之間的距離D_toC；

S3、根據(jù)節(jié)點(diǎn)密度，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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改進(jìn)的 IF-THEN模糊規(guī)則中的隸屬函數(shù)對應(yīng)輸出m個最優(yōu)簇頭；

S5、成員節(jié)點(diǎn)將信息集中發(fā)送給對應(yīng)的最優(yōu)簇頭，各個最優(yōu)簇頭之間通過 多次轉(zhuǎn)發(fā)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡兀桓鶕?jù)迭代次數(shù)和簇間傳輸成功率，丟棄或者合 并無效路徑，完成路徑搜索；

S6、通過評估路徑質(zhì)量，采用競爭比選方式從步驟S5中搜索出的路徑中求 解出多跳最優(yōu)路徑。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明針對多跳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸路徑的優(yōu)化，利用模糊推理得到最優(yōu)簇首， 減少節(jié)點(diǎn)之間互相轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)及多次重傳，提高了能量的傳輸效率。