[发明专利]一种基于DPSO的智能无线传感网络分簇控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及能无线传感网络路由控制技术，尤其是一种无线传感网络分簇控制方法。

背景技术

无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）是由许多廉价的具有信息采集功能的传感器节点组成的网络，用来感知和采集各种信息，并将采集到的信息传输给基站BS(Base Station)对信息做进一步处理。传感器节点由电池提供能量，能量非常有限，因此设计能量有效的WSN路由协议显得犹为重要。目前WSN路由协议分为平面路由协议和分簇路由协议两大类。 

LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议是一种有代表性的低功耗分簇路由协议，LEACH相比其他平面路由协议生命周期提高15%以上。LEACH协议分为两个阶段。第一个阶段是产生簇的阶段。这个阶段中每个传感器节点产生一个0-1的随机数，如果该随机数小于一个阈值公式的值这个节点就成为簇首。这个阈值公式表达式如下：

                               （1）

其中n表示某个传感器节点的编号，N是传感器节点的个数，K是期望产生的簇头个数，r是选举簇首的轮数，Gr是最近的N/K轮中还没当选过簇首的节点集合。

节点当选簇首后会广播其成为簇首的消息，其余普通节点选择收到信息的信号强度也就是距离自己最近的簇首加入。普通节点发送给簇首加入它的消息，簇就建立了。

第二个阶段是稳定的数据传输阶段，普通节点按TDMA时间片在规定时间给簇首，簇首对数据经过一定的融合后将数据一跳传给基站。数据传输阶段进行一个时间段后(远长于第一阶段)进行下一轮簇首的选择。

LEACH协议随机选择簇首机制可能导致非常差的分簇效果。首先簇首个数不确定，可能出现簇首个数远小于期望簇首数的情况；簇首可能分布很不均匀，比如集中某一区域，这样普通节点可能距离最近的簇首仍然非常远，这样在通信中必然耗费大量的能量；簇内普通节点个数可能很不均衡，导致负担簇内节点个数多的簇首迅速死亡。

发明内容

为了克服已有现有的无线传感网络LEACH协议的分簇不均匀、结果不稳定、不利于进行可靠通信的不足，本发明提供一种分簇均匀、分簇结果稳定、便于进行可靠通信的基于DPSO的智能无线传感网络分簇控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于DPSO的智能无线传感网络分簇控制方法，所述分簇控制方法包括以下步骤：

1）、接收所述智能无线传感网络的n个传感器节点的ID和位置信息；

2）、粒子的维数n代表有n个传感器节点，其中每一维里的数字代表每个节点的编号，m代表每个簇内都有相等的m个节点， CH代表簇首，假设i是n维粒子的坐标，如果i对m取余结果为1，则i代表的是簇首的坐标，否则为簇内节点坐标；

随机初始化每个粒子的速度和位置，每个粒子的速度随机初始化为n/2个粒子位置坐标交换的序列；

3）、根据每个粒子随机初始化的粒子位置来计算每个粒子的适应度函数值，适应度函数定义如下：

       (4)

式（4）中，D_ji-jch代表第j个簇中第i个簇内节点到簇首的距离，i从簇内第一个节点到第m个节点，j从第一个簇到第n个簇；mean是求平均值的函数，var是求方差的函数；

计算出每个粒子的适应度函数值后，得出所有粒子中最小的适应度函数值和对应的粒子位置，该粒子即为初始时粒子的全局最优位置，粒子的初始个体最优位置即为每个粒子的当前位置，个体最优适应度函数值为当前适应度函数值；

4）粒子根据如下的公式来更新其速度和新位置:

  (2)

                  (3)