[發明專利]無線傳感器網絡組網方法、系統、裝置和存儲介質

有效

• 申請號: 202110476058.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113365242B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 史豫坤;張大秀;姚子陽;章一鳴
• 申請（專利權）人: 蚌埠學院
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產權事務所 53113
• 代理人: 周勇

1.一種無線傳感器網絡組網方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1:初始化網絡，Sink節點重置骨干網絡節點集合和骨干網絡鄰居節點集合預設覆蓋率C_t、骨干網絡節點集合Ω和骨干網絡鄰居節點集合Ψ，對網絡中所有節點進行排序，網絡內子節點按照順序輪流廣播自身位置及剩余能量,同時各個子節點初始化自身數據；

S2:尋找骨干網絡，在網絡內所有節點中找到一或多條能夠覆蓋全網的骨干鏈路節點；

其中，所述骨干鏈路節點的尋找通過分布式迭代優化算法實現，包括以下步驟：

S201：在游離節點集合U中隨機選擇一個節點a_i作為骨干鏈路的首個節點并將其激活；

所述游離節點集合U為未被納入骨干網絡節點集合Ω和骨干網絡鄰居節點集合Ψ的其他節點集合，游離節點集合U根據以下公式計算：

U＝C_V(Ω∪Ψ)；

S202：a_i遍歷可用的鄰居節點，并在其中選取鄰居節點因子最大的節點a_j作為骨干鏈路的下一節點，將自身加入集合X中并激活a_j，其他鄰居節點加入集合Y；

所述可用的鄰居節點為不屬于已吸納的骨干網絡節點及其鄰居節點，設節點a_i的鄰居節點集合為T(a_i)，則可用鄰居節點集合S(a_i)，計算公式如下：

其中，X為已吸納的骨干網絡節點集合，Y為已吸納的骨干網絡節點的鄰居節點集合；

其中最優的鄰居節點因子用于約束下一被選的骨干節點向網絡外圍延伸，最優鄰居節點因子表示為m(a_i,a_j)最優鄰居節點因子計算公式如下：

其中為節點a_j的剩余能量、d(a_i,a_j)為a_i節點和a_j節點之間的距離、d(Sink,a_j)為a_j節點和Sink節點的距離；

S203：當a_j存在鄰居節點，則遞歸執行步驟S202，若不存在則進行下一步；

S204：驗證骨干節點集合及其鄰居節點集合是否已覆蓋整個網絡，當覆蓋整個網絡時，網絡內所有節點集合V與骨干網絡節點集合Ω和骨干網絡鄰居節點集合Ψ之間的關系滿足V＝Ω∪Ψ，若覆蓋則進行下一步，若未覆蓋則遞歸至步驟S201；

S3:驗證骨干網絡；

其中，所述驗證骨干網絡是否滿足如下公式，若滿足則最優則搜尋骨干網成功，

其中E_V為所有子節點的能量之和，E_Ω為所有骨干節點的能量之和，|Ω|表示骨干節點的數量，N為網絡內傳感器節點的總數量；

若不能滿足上述公式，即當前尋找的骨干網絡非最優，則重置并遞歸至步驟S2；

S4:優化覆蓋率，使得骨干網絡的覆蓋率不低于預設覆蓋率，激活網絡運行；

其中，所述優化覆蓋率通過比較骨干網絡的覆蓋率C_∣Ω∣和預設覆蓋率C_t進行優化，此時對于已有的一個含有m個節點n條鏈路的骨干網可表示為X＝{a₁,a₂....a_m}＝{R1,R2...Rn}，對于任意一條含有k個節點的骨干鏈路Ri可描述為Ri＝{a₁,a₂....a_k}，優化方法如下：

若當C_∣Ω∣C_t時，骨干網絡的覆蓋率高于預設覆蓋率，從骨干網絡中提出部分冗余節點以滿足預設覆蓋率的要求，通過鏈路壓力值F，計算一個節點對一條鏈路造成的影響從而進行判斷比較，鏈路壓力值F使用以下公式計算：

其中，F(R_λ,a_k)為R_λ鏈路中的第k個節點對整個鏈路的壓力，循環遍歷骨干鏈路末尾節點并剔除壓力值最大節點，至C_∣Ω∣剛好不小于C_t時結束，步驟如下：

S4011:計算C_∣Ω∣、C_∣Ω-1∣,若C_∣Ω∣C_tC_tC_∣Ω-1∣,不成立則進行下一步，若成立則退出；

S4012:遍歷計算{R1,R2...Rn}每條鏈路最后一個節點對鏈路的壓力值：{F1,F2...Fn}；

S4013:求{F1,F2...Fn}的最大值Fi；

S4014:剔除Ri鏈路的集合X中最后一個節點a_j，并將a_j加入鄰居節點集合Y；

S4015:遞歸至步驟S4011；

當C_∣Ω∣C_t時，骨干網絡的覆蓋率低于預設覆蓋率，吸收部分骨干鏈路的鄰居節點以滿足預設覆蓋率的要求，通過鏈路壓力值結合節點壓力值M，計算一個節點對一條鏈路造成的影響從而進行判斷比較，節點壓力值M使用以下公式計算：

其中，M(R_λ,a_q)為R_λ鏈路中的第q個骨干鏈路的鄰居節點的節點壓力，循環遍歷骨干鏈路的末尾節點的鄰居節點并增加壓力值最小節點，至C_∣Ω∣剛好不小于Ct時結束，步驟如下：

S4021:計算C_∣Ω∣、C_∣Ω-1∣,若C_∣Ω∣C_tC_tC_∣Ω+1∣,不成立則進行下一步，若成立則退出；

S4022:遍歷計算{R1,R2...Rn}每條鏈路最后一個節點對鏈路壓力值：{F1,F2...Fn}；

S4023:求{F1,F2...Fn}的最小值Fi,計算Fi所對應的骨干鏈路的末尾節點的鄰居節點的節點壓力值：{M1,M2...Mq}；

S4024:求{M1,M2...Mq}的最小值Mi,最小值Mi所對應的鄰居節點為a_i；

S4025:將從鄰居節點集合Y中提出節點a_i,將a_i加入骨干鏈路集合X中，a_j加入骨干鏈路Ri鏈路中；

S4026:遞歸至步驟S4021；

當C_∣Ω∣＝C_t時，這種情況下直接激活網絡運行。