[發明專利]無線傳感器網絡分簇路由方法及裝置、存儲介質和終端

在審

• 申請號: 202310417820.X
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116600365A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 鄭敏;譚沖;劉洪;李慧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W40/02;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;G06F18/23213;G06N3/126
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 牛莎莎

本發明提供一種無線傳感器網絡分簇路由方法及裝置、存儲介質和終端，其中方法包括：獲取待分簇無線傳感器網絡；基于生物地理學優化算法從待分簇無線傳感器網絡中篩選出初始簇首節點集合，將初始簇首節點集合中簇首作為初始聚類中心，基于預設聚類算法從待分簇無線傳感器網絡中篩選出最優簇首節點集合；基于最優簇首節點集合中的簇首節點，對待分簇無線傳感器網絡中的非簇首節點進行分簇，獲取多個簇；基于遺傳算法獲取最優簇首節點集合中所有簇首節點到基站的最優傳輸路徑，最優簇首節點集合中所有簇首節點均基于最優傳輸路徑將節點數據傳輸至基站。本發明方法降低傳感器節點的能量消耗，有效延長了傳感器網絡的生存周期。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡分簇路由方法及裝置、存儲介質和終端。

背景技術

無線傳感器網絡由大量價格低廉、結構簡單和體積較小的傳感器節點通過無線信道聯通而成。傳感器節點既可以感知和監測物體或者環境的相關參數，也可以與傳感器節點或者基站進行通信。基站用于收集監測區域內所有傳感器節點的信息。無線傳感器網絡具備部署速度快、成本低和覆蓋面積大等優勢。在智能交通、農業、軍事和電力等行業都得到了廣泛的應用。

LEACH(Low?Energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy,低功耗自適應分簇協議)是最傳統的分簇路由算法，以輪次的方式運行，每一輪次包含成簇階段和穩態傳輸階段。成簇階段通過傳感器節點生成的隨機數與閾值之間的比較確定是否為簇首節；穩態傳輸階段簇首節點將收集的數據單跳的傳輸到基站。LEACH具備節能的特點，但是隨機選舉簇首會導致成簇不均勻和負載不均衡的問題。

為了改善LEACH的缺點，本領域技術人員相繼提出了改進算法。在成簇階段采用聚類算法選舉出最優的簇首節點；在數據傳輸階段簇首節點采用多跳路由的方式將數據傳輸到基站。相關技術選舉簇首節點時考慮了能量因素、簇首節點與基站之間的距離，但是未考慮簇首節點的均衡性，會出現極大簇和極小簇。數據傳輸階段選取轉發節點時主要考慮節點間距離，缺乏考慮節點的通信負荷量，導致部分簇首節點過早死亡，網絡生命周期不長。

因此如何選取位置和能量合理的簇首節點和優化數據算數路徑、均衡并均衡網絡能耗、延長網絡生命周期是本領域技術人員需要解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是無線傳感器網絡分簇方法無法選取位置和能量合理的簇首節點，且現有方法的數據傳輸方式缺乏考慮節點的通信負荷量，導致部分簇首節點過早死亡，網絡生命周期不長。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無線傳感器網絡分簇路由方法，包括：

獲取待分簇無線傳感器網絡；

基于生物地理學優化算法從所述待分簇無線傳感器網絡中篩選出初始簇首節點集合，將所述初始簇首節點集合中簇首作為初始聚類中心，基于預設聚類算法從所述待分簇無線傳感器網絡中篩選出最優簇首節點集合；

基于所述最優簇首節點集合中的簇首節點，對所述待分簇無線傳感器網絡中的非簇首節點進行分簇，獲取多個簇；

基于遺傳算法獲取所述最優簇首節點集合中所有簇首節點到基站的最優傳輸路徑，所述最優簇首節點集合中所有簇首節點均基于所述最優傳輸路徑將節點數據傳輸至所述基站。

優選地，基于生物地理學優化算法從所述待分簇無線傳感器網絡中篩選出初始簇首節點集合包括：

以所述待分簇無線傳感器網絡任意簇首與非簇首設計方案作為棲息地，隨機生成第一預設個數的初始棲息地；

計算每個所述初始棲息地的棲息地適宜指數，基于所述棲息地適宜指數從大到小的順序從所有所述初始棲息地中篩選出第二預設個數的所述初始棲息地作為精英棲息地，并將剩下所述初始棲息地作為待修正棲息地；