[发明专利]一种基于竞争窗口蚁群分簇的移动传感网路由优化方法

说明书

本发明提供一种基于竞争窗口蚁群分簇的移动传感网路由优化方法，将非均匀负载的节点分为簇首节点和簇内节点，根据节点在簇内的网络深度的计算竞争窗口值；根据节点的竞争窗口值，采用蚁群算法构造候选簇首集；根据候选簇首集中候选节点的竞争窗口值、节点剩余能量、干扰因子三个参数构造簇首选择函数，按照该选举机制竞选出候选节点最优节点作为簇首节点；通过蚁群算法遍历网络内所有节点，从而使簇内节点形成一棵包含不同深度叶子节点的树；利用多种参数改进所有可用的下一跳节点的转移概率机制，并依据不同路径转移概率大小，解决簇内不同深度叶节点交叉重合处节点的归属问题，进一步优化簇式网络拓扑结构，以提升无线网络的数据传递成功率和节点网络生存时间。

技术领域

本发明属于网络通信和无线传感器领域，具体涉及一种基于竞争窗口蚁群分簇的移动传感网路由的优化方法。

背景技术

无线传感器网络作为物联网的一个重要分支，其作用是在所监测环境中感知采集数据，相邻节点实时地感知同一对象信息，数据经过一跳或者多跳发回给基站。为了更好的达到节点间进行网络通信、提升传输效率的目的，目前的网络拓扑通常采用的簇式结构。无线传感网采用分簇路由具有层次清晰、扩展性强、易实现相邻数据融合等优点。

分簇路由的核心思想是将若干具备某种拓扑特性的无线节点聚合为簇，簇内节点可相互通信并将消息传给簇首，基站通过与最顶层的簇首直接通信，间接与所有节点通信。可以看出，采用簇式网络拓扑结构也就意味着每个节点的网络负载呈现非均匀态势，数据传输成功率低，某些节点能量容易耗尽。因此，需要针对此情景对网络路由和拓扑进行优化。

目前，主要的分簇路由策略可能有如下缺点：1、不能应对被选的簇首都处于同一区域内特殊状况。2、仅以剩余能量多少来选择簇首且采用泛洪路由，可能导致网络阻塞。3、考虑节点的网络负载以及竞争窗口大小，不适合节点密集型无线传感网。4、簇式拓扑中簇首及靠近根部的节点负载较重，由此带来的路由数据包转发成功率较低和节点生存期较短的问题。因此，通常需要对此类传感器网络的多簇路由协议进一步优化。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提出一种针对非均匀负载网络的智基于竞争窗口蚁群分簇的移动传感网路由优化方法，以提升节点的数据传输成功率和网络生存时间。

本发明所采用的技术方案如下:

一种基于竞争窗口蚁群分簇的移动传感网路由优化方法，包括以下步骤：

步骤1：将非均匀负载的节点分为簇首节点和簇内节点，根据节点在簇内的网络深度的计算竞争窗口值；

步骤2：根据节点的竞争窗口值，采用蚁群算法构造候选簇首集T(n)；

步骤3：根据候选簇首集中候选节点的竞争窗口值(CW)、节点剩余能量(E)、干扰因子(IF)三个参数构造簇首选择函数Z(i)，按照该选举机制竞选出Z(i)值最大的候选节点作为簇首，其计算公式如下：

其中，表示节点i的剩余能量，E_candidate表示候选簇首集内所有节点的总能量，IF_i表示节点i所收到的网络信号干扰，CIF_candidate表示候选簇首集内所有节点的干扰，表示节点i的历史最小竞争窗口，CW_average表示平均竞争窗口大小，参数k_i为簇首选举的调节因子，取介于0到1之间的小数，控制每轮选举各因素的比重，且满足k₁+k₂+k₃＝1,k₁0.3,k₃0.32。