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改进遗传禁忌搜索的深井巷道WSN分簇路由方法及装置

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成果类型:
专利
发明/设计人:
余修武;李莹;刘永;余齐豪;彭国文;...
申请/专利权人:
南华大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2019-12-12
申请/专利号:
CN201911275062.2
公开时间:
2020-04-03
公开号:
CN110958659A
主申请人地址:
421001 湖南省衡阳市蒸湘区常胜西路28号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种基于改进遗传禁忌搜索的WSN分簇路由方法,其特征在于,包括: 周期性地选举无线传感器网络的簇头节点; 利用遗传算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,得到第一传输路径;其中,遗传算法的适应度函数用于根据传输路径中相邻的簇头节点之间的通信距离、簇头节点与基站之间的距离、各个簇头节点的剩余能量、各个簇头节点所消耗的能量确定该传输路径的适应度值; 以所述第一传输路径经过交叉变异得到的染色体种群为初始值,并将所述第一传输路径存入禁忌表,利用禁忌搜索算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,得到第二传输路径;其中,所述禁忌搜索算法的适应度函数用于根据传输路径中各个簇头节点的剩余能量、各个簇头节点所消耗的能量确定该传输路径的适应度值; 控制所述目标簇头节点按照所述第二传输路径进行路由。 2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选举无线传感器网络的簇头节点,包括: 对于无线传感器网络中的各个节点,生成预设随机范围内的随机数,并根据选举阈值公式计算得到该节点的选举阈值; 若所述随机数小于所述选举阈值,则将该节点选举为簇头节点; 其中,对于在最近的预设选举轮数内曾被选中的节点,所述选举阈值公式计算得出的选举阈值小于等于所述预设随机范围的最小值;对于在最近的预设选举轮数内未被选中的节点,所述选举阈值公式用于根据该节点的剩余能量以及该节点与基站之间的距离计算得出所述选举阈值。 3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述根据选举阈值公式计算得到该节点的选举阈值之前,还包括: 获取所述无线传感器网络中簇头节点数量与节点总数量的比例,将所述比例的倒数作为预设选举轮数。 4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述周期性地选举无线传感器网络的簇头节点,包括: 周期性地选举无线传感器网络的簇头节点,并根据通信距离将未选中的节点划分至相应的簇头节点,以作为该簇头节点的成员节点; 所述控制所述目标簇头节点按照所述第二传输路径进行路由,包括: 控制所述目标簇头节点及其成员节点按照所述第二传输路径进行路由。 5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述利用遗传算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优之前,还包括: 对所述无线传感器网络的各个簇头节点进行实数编码。 6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述利用遗传算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,包括: 随机生成染色体种群; 根据所述遗传算法的适应度函数,计算所述染色体种群中各个染色体的适应度值; 选择所述适应度值最大的目标染色体; 对所述目标染色体进行交叉操作和变异操作,以更新所述染色体种群,直至达到第一迭代次数阈值时,输出所述目标染色体和更新后的染色体种群。 7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述利用禁忌搜索算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,包括: 对所述染色体种群中的各个染色体进行禁忌搜索操作,得到邻域; 根据所述禁忌搜索算法的适应度函数,计算所述邻域中染色体的适应度值; 判断所述邻域中染色体的适应度值是否大于所述禁忌表中染色体的适应度值的最大值; 若是,则将所述禁忌表中的染色体的禁忌长度减1,删除所述禁忌表中禁忌长度为0的染色体,并将所述邻域中染色体加入所述禁忌表,直至达到第二迭代次数阈值时,输出所述禁忌表中适应度值最大的染色体。 8.一种基于改进遗传禁忌搜索的WSN分簇路由装置,其特征在于,包括: 簇头选举模块:用于周期性地选举无线传感器网络的簇头节点; 第一寻优模块:用于利用遗传算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,得到第一传输路径;其中,遗传算法的适应度函数用于根据传输路径中相邻的簇头节点之间的通信距离、簇头节点与基站之间的距离、各个簇头节点的剩余能量、各个簇头节点所消耗的能量确定该传输路径的适应度值; 第二寻优模块:用于以所述第一传输路径经过交叉变异得到的染色体种群为初始值,并将所述第一传输路径存入禁忌表,利用禁忌搜索算法,对从目标簇头节点起经由非目标簇头节点传输至基站的传输路径进行寻优,得到第二传输路径;其中,所述禁忌搜索算法的适应度函数用于根据传输路径中各个簇头节点的剩余能量、各个簇头节点所消耗的能量确定该传输路径的适应度值; 路由模块:用于控制所述目标簇头节点按照所述第二传输路径进行路由。 9.一种基于改进遗传禁忌搜索的WSN分簇路由设备,其特征在于,包括: 存储器:用于存储计算机程序; 处理器:用于执行所述计算机程序,以实现如权利要求1-7任意一项所述的一种基于改进遗传禁忌搜索的WSN分簇路由方法的步骤。 10.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-7任意一项所述的一种基于改进遗传禁忌搜索的WSN分簇路由方法的步骤。
摘要:
本申请公开了一种基于改进遗传禁忌搜索的无线传感器网络分簇路由方法、装置、设备及可读存储介质,该方案为避免无线传感器网络中的某些节点过早地先于其他一些节点因能耗过多而失效,周期性地选择节点来充当簇头节点,并利用遗传算法和禁忌搜索算法对目标簇头节点与基站之间的传输路径进行寻优搜索,其中遗传算法迭代保证全局收敛,禁忌搜索算法迭代保证多样性及局部收敛,二者结合以兼具较好的全局与局部搜索能力,在寻优过程中兼顾网络中各节点能量损耗的均衡性,以保证网络存活周期。最终控制目标簇头节点按照最优传输路径进行路由,实现了减少网络节点的能量损耗,并提升整个网络存活周期...

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