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动态分簇异构无线传感器网络的路由方法、装置及介质

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成果类型:
专利
发明/设计人:
余修武;洪昌寿;余昊;余齐豪;刘永;...
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:
2020-01-17
申请/专利号:
CN202010053595.2
公开时间:
2020-06-09
公开号:
CN111263325A
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:
1.一种动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,包括: 按照异构节点部署方法在无线传感器网络中部署多个异构节点;所述异构节点部署方法为利用奔走步长和围攻步长不为固定值的狼群算法获得所述无线传感器网络中所有普通节点到汇聚节点距离和的最小值; 利用动态分簇方法从所述无线传感器网络的普通节点中选择多个簇首并分簇,当前簇的簇内成员节点将采集的数据发送给所在簇簇首,并根据所在簇簇首与各异构节点或所述汇聚节点的距离确定数据传输方式以使数据最终传输至所述汇聚节点;所述动态分簇方法为将簇首与各异构节点或所述汇聚节点的距离满足预设距离条件作为簇首选举的阈值参数的DEEC方法; 每当检测到簇首节点的能量消耗至当选簇首时的能量的设定比率值时,则利用所述动态分簇方法重新进行簇首选举并分簇。 2.根据权利要求1所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,各异构节点从所述无线传感器网络的普通节点中选择,且汇聚节点为已知位置坐标的异构节点,所述利用奔走步长和围攻步长不为固定值的狼群算法计算所述无线传感器网络中所有普通节点到汇聚节点距离和的最小值为: 利用所述奔走步长和所述围攻步长不为固定值的狼群算法计算异构节点部署关系式的最优解,所述异构节点部署关系式为: 其中,f为距离和最小值,di,j为普通节点vi通过处于vi∈L处的异构节点转发数据到所述汇聚节点时,所述普通节点vi与所述汇聚节点的距离,N为所述无线传感器网络中普通节点的总个数,L为所述无线传感网络中所有节点的集合;p0=1,pj∈{0,1},zi,j∈{0,1},zi,j≤pj,α为异构节点总个数,若所述普通节点vi的数据经过vj处的异构节点转发至所述汇聚节点,则zi,j为1,否则zi,j为0;若在vj处设置异构节点则pj为1,否则pj为0。 3.根据权利要求2所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,所述奔走步长根据奔走步长关系式来确定当前迭代过程中的奔走步长值,所述奔走步长关系式为: 式中,stepb为当前迭代过程中的奔走步长值,Tmax为最大迭代此处,T为当前迭代次数。 4.根据权利要求3所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,所述围攻步长根据围攻步长关系式来确定围攻步长值,所述围攻步长关系式为: 式中,Xi(T)是第i个围攻狼在第T代的位置;Xbest(T)为当前狼群最优解,s为莱维飞行的随机步长,s=μ/υ1/β,μ,υ符合正态分布,μ~(0,σ2),υ~(0,1),Γ为伽玛函数。 5.根据权利要求1至4任意一项所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,所述簇首选举的阈值参数O(νi)为: 其中, 式中,G为1/pi轮所有未担任簇首的普通节点,pi为普通节点vi成为簇首的概率,K为边缘度,r是当前轮数,A和B为控制因子、取值范围均为(0,1)且两者和为1,Ei(r)为第r轮所述普通节点vi的剩余能量,为第r轮所有普通节点平均能量,dtoBS为所有簇首到所述汇聚节点的平均距离,di,j为所述普通节点vi通过处于vj∈L处的异构节点转发数据到所述汇聚节点时,所述普通节点vi与所述汇聚节点的距离。 6.根据权利要求5所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,所述利用动态分簇方法从所述无线传感器网络的普通节点中选择多个簇首并分簇: 根据簇首概率关系式计算各普通节点成为簇首的概率pi,所述簇首概率关系式为: 根据簇首总数最优值关系式计算所述无线传感器网络中选择普通节点作为簇首的总个数nCH,所述簇首总数最优值关系式为: 式中,popt为簇首总数与节点总数的比值,λ为异构节点总数与节点总数的比值,k为异构节点与普通节点总的初始能量的比值,N为所述无线传感器网络中普通节点的总个数。 7.根据权利要求1至4任意一项所述的动态分簇异构无线传感器网络的路由方法,其特征在于,所述根据所在簇簇首与各异构节点或所述汇聚节点的距离确定数据传输方式以使数据最终传输至所述汇聚节点包括: 确定与所在簇簇首距离最近的目标异构节点或所述汇聚节点的目标距离; 基于所述目标距离,若所在簇簇首在一跳之内可直接将数据传输至所述目标异构节点或所述汇聚节点,则所在簇簇首将数据传输至所述目标异构节点或所述汇聚节点;若所在簇簇首在一跳之内无法将数据传输至所述目标异构节点或所述汇聚节点,则所在簇簇首通过簇首层节点多跳转发至所述目标异构节点或所述汇聚节点。 8.一种动态分簇异构无线传感器网络的路由装置,其特征在于,包括: 异构节点部署模块,用于按照异构节点部署方法在无线传感器网络中部署多个异构节点;所述异构节点部署方法为利用奔走步长和围攻步长不为固定值的狼群算法获得所述无线传感器网络中所有普通节点到汇聚节点距离和的最小值; 动态分簇路由模块,用于利用动态分簇方法从所述无线传感器网络的普通节点中选择多个簇首并分簇,当前簇的簇内成员节点将采集的数据发送给所在簇簇首,并根据所在簇簇首与各异构节点或所述汇聚节点的距离确定数据传输方式以使数据最终传输至所述汇聚节点;所述动态分簇方法为将簇首与各异构节点或所述汇聚节点的距离满足预设距离条件作为簇首选举的阈值参数的DEEC方法;每当检测到簇首节点的能量消耗至当选簇首时的能量的设定比率值时,则利用所述动态分簇方法重新进行簇首选举并分簇。 9.一种动态分簇异构无线传感器网络的路由装置,其特征在于,包括处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述动态分簇异构无线传感器网络的路由方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有动态分簇异构无线传感器网络的路由程序,所述动态分簇异构无线传感器网络的路由程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述动态分簇异构无线传感器网络的路由方法的步骤。
摘要:
本申请公开了一种动态分簇异构无线传感器网络的路由方法、装置及计算机可读存储介质。方法包括按照异构节点部署方法在网络中部署多个异构节点;异构节点部署方法为利用奔走步长和围攻步长可变的狼群算法获取网络中所有普通节点到汇聚节点距离和的最小值;利用动态分簇方法从普通节点中选择簇首并分簇,簇内成员节点将采集数据发送给所在簇簇首,并基于其与各异构节点或汇聚节点的距离确定数据传输方式;动态分簇方法为将簇首与各异构节点或汇聚节点的距离满足预设距离条件作为簇首选举的阈值参数的DEEC方法;当检测到簇首节点能量消耗至当选簇首时能量的设定比率值时,重新选举簇首并分簇,使...

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