[发明专利]基于粒子群和狮群的环形无线传感器网络分簇路由算法

权利要求书

1.基于粒子群和狮群的环形无线传感器网络分簇路由算法，其特征在于：包括系统模型、簇头选举、路由路径选择三个部分。

2.根据权利要求1所述，基于粒子群和狮群的环形无线传感器网络分簇路由算法，其特征在于：所述系统模型中网络模型为环形网络，其中有N个传感器节点随机分布在整个环形区域内，环形区域被划分为n个具有相同宽度的同心环，BS位于环形区域的圆心处，所述系统模型中能量模型为自由空间多径模型。

3.根据权利要求1所述，基于粒子群和狮群的环形无线传感器网络分簇路由算法，其特征在于：基于狮群算法设置适应度函数来优化簇头选举，适应度函数的设置基于节点的剩余能量、节点到BS的距离、同一环中CH占环中节点数的比值以及节点通信范围内覆盖的邻居节点数这四个因素，网络中所选择的CH节点都应满足适应度函数所提供的最大值，其适应度函数表示如下所示：

其中，表示网络中第环中的第i个节点的剩余能量与其初始能量的比值，表示第个节点所在的环中的内环边界到BS的距离与节点到BS的距离的比值，表示环中最优CH节点数与相应环中节点数之比，表示环中的节点通信范围内覆盖的邻居节点的数量与节点所在环中节点数之比,其中(；、以及的值为0到1之间的常数，且； 、、以及的表达式依次为：

由于网络中每个环中CH节点的选择都是最优，因此增加了传感器节点的寿命留出更长的时间执行数据传输。

4.根据权利要求1所述，基于粒子群和狮群的环形无线传感器网络分簇路由算法，其特征在于：基于粒子群算法设置适应度函数来寻找最佳路由路径，采用CH节点到BS的距离、簇成员节点数、下一跳CH节点的剩余能量以及下一跳CH节点到当前CH节点与BS连线的垂线段的距离四个因素所改进的PSO适应度函数来寻找最佳路径，最佳路由路径满足适应度函数所提供的最小值，其适应度函数表示如下所示：

其中，假设当前CH节点位于网络中的环中，所有节点之间的通信均在节点的通信半径之内，表示环中第个CH节点到()环中第p个CH节点的距离与环中第个CH节点到BS的距离的比值，用公式表示为：

当一个CH节点所在的簇越小时，成员节点CM的数就越少，这个簇的数据传输的延迟就越小，表示以节点所在簇的CM节点数与环中所有CM节点数的比值，用公式表达为：

表示网络()环中第个CH节点到环中第个CH节点与BS连线的垂线段的距离与第个CH节点到BS的距离的比值，当越小时，节点把数据通过中继节点转发到BS的路由路径越接近，根据两点之间直线段最短，可知此时数据传输所消耗的能量越少，平衡了网络的能量消耗，其中BS的坐标为（），的坐标为,的坐标为,则

,

,

表达式为：

可以表示()环中第个CH节点的当前剩余能量与其初始能量之比，其表达式为：

在数据传输过程网络中第一环中的CH节点可以直接与BS进行通信（其中）,除了第一环外，其他环中的CH节需要通过网络中下一环中的CH节点(即，中继节点)进行转发数据进而与BS通信。