[發明專利]一個基于雙層分簇的高能效無線傳感器網絡拓撲控制方法

有效

• 申請號: 202011626860.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112752320B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 許峰;劉盼飛;劉振宇;呂昕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 趙艷

1.一個基于雙層分簇的高能效無線傳感器網絡拓撲控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在第一層利用改進的DPC-MND算法對無線傳感器網絡節點進行分簇，然后根據節點剩余能量以及節點到簇內其他節點的距離和挑選一級簇頭，具體過程如下：

(101)計算節點之間的歐式距離，求出每個節點的局部密度ρ_i和與其他節點之間的相對距離δ_i；計算出每個節點的決策值γ_i，降序排列，選出其中最大的M個峰值節點作為最終的聚類中心集合，d_toSink表示節點x_i到基站的距離，決策值公式為：

(102)計算除峰值節點集合之外的其他節點到峰值節點的相互鄰近度A_i,j，對每個節點選擇相互鄰近度最大的峰值節點，加入成簇，公式為：

A_i,j＝deg_i→j·deg_j→i (1-2)

其中，deg表示相對鄰近度；

(103)重復步驟(102)直到所有節點歸簇，至此第一層簇建立完成；

(104)考慮節點剩余能量E_res以及節點到簇內其他節點的距離和d_toNodes選舉一級簇頭，公式如下：

其中，μ+ν＝1；為候選節點剩余能量的平均值，為候選節點到本簇內其他節點距離和的平均值；

(2)在第二層基于K-Means對一級簇頭進行分簇，然后根據節點剩余能量、節點到基站的距離以及節點到質心的距離挑選二級簇頭，選舉二級簇頭的公式如下：

其中，μ+ν+γ＝1，E_O為候選節點初始能量；d_toCen為候選節點到質心的距離；d_diagonal為區域對角線長度；d_toSink為候選節點到基站的距離；

(3)結合能量、距離、方向構建二級簇頭與基站之間的路徑權重矩陣,其中，權重矩陣D[i][j]具體如下：

其中，μ+ν+γ＝1，為節點j的剩余能量，d為節點i，j之間的歐式距離，d_itos為節點i到基站的歐式距離，d₀＝87.705801930702921，當傳輸距離大于d₀時能量消耗呈指數級增長，即當下一跳簇頭距離超過d₀時，其路徑權重更大，θ_ij為節點i到節點j的連線與節點i到基站連線的夾角；

(4)根據該矩陣，利用Dijkstra生成初始次優路徑，再根據改進的免疫算法計算全局最優路徑，二級簇頭依據全局最優路徑進行多跳數據傳輸，改進的免疫算法方法如下：

如果相鄰起始節點的距離小于闕值τ，則判斷兩節點能量，把低能量節點下一跳改為高能量節點，修改下一跳時，判斷高能量節點是否已經指向低能量節點，如指向則不做修改，反之修改下一跳節點，避免出現環。