[发明专利]一种基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法

权利要求书

1.一种基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法，其特征在于，包括两部分：

一、基于模糊逻辑和改进阈值函数的簇头选举算法，自适应地选择最佳簇头节点：引入节点自身剩余能量和节点间距离参数对阈值函数T(n)进行优化；经过模糊逻辑计算，得到节点成为簇头的chance值，chance值替代节点的随机值；如果chance值小于改进的阈值函数T(n)，该节点成为簇头；

二、基于改进蚁群系统的单跳和多跳混合路由协议，设置最佳单跳距离和多跳距离，簇头到基站间信息传输方式根据距离因素选择簇间单跳或多跳路由机制，确定簇头到基站的最优路由路径。

2.根据权利要求1所述的基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法，其特征在于，第一部分中，改进的阈值函数T(n)如式(1)所示：

公式中，α、β、γ分别表示三个大于0的加权系数；E_max(r)表示第r轮，有最大值能量的节点；E_i(r)表示第r轮次节点能量；d_avg(r)表示第r轮，簇头与基站之间距离均值；d_i表示簇头i与基站之间的长度；N_i(r)表示在第r轮次，节点i标准通信半径内节点数目；N_max(r)表示在第r轮次，在标准通信半径内节点数目的最大值，两者的比值表示簇头邻居节点的密度；

以节点自身剩余能量优先、簇头与基站之间的距离和邻居节点密度次之的规则设置加权系数α、β、γ，阈值函数T(n)越大的节点成为簇头的概率越大。

3.根据权利要求2所述的基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法，其特征在于，第一部分中，基于模糊逻辑的簇头选举算法包括三个步骤：

步骤一：分别对节点自身剩余能量、邻居节点密度和节点与基站之间的距离参数进行归一化处理，对归一化后的数值进行模糊化；

步骤二：运用模糊推理模块进行模糊逻辑推理；

步骤三：将步骤二产生的结果通过解模糊模块进行解模糊化得到清晰值；清晰值替代节点的随机值，作为能否成为簇头的依据。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法，其特征在于，基于模糊逻辑的簇头选举算法采用的模糊逻辑系统是Mamdani模型，在此模型中，输入节点自身剩余能量、邻居节点密度和节点与基站之间的距离三个参数的归一化值，输出归一化值所对应的论域上的模糊集合的隶属关系。

5.根据权利要求4所述的基于LEACH的无线传感器网络低功耗路由方法，其特征在于，模糊逻辑系统包括模糊推理模块和解模糊模块，所述模糊推理模块分别对节点相对剩余能量的隶属度函数设置、节点到基站的相对距离的隶属度函数设置、邻居节点密度隶属度函数设置；使用输入变量以及输出变量及其它们所对应的模糊语言变量制定27条模糊推理规则，输出变量的隶属度函数设置成三角形隶属度函数，输出变量反应了普通节点成为簇头节点的的概率；

所述解模糊模块采用质心法，在无线传感器网络中，每个普通节点计算出自身成为簇头的概率值G_i(r)，概率值G_i(r)通过函数进行计算得到对应值的函数值F_i(r)，用于取代LEACH协议中每个节点被赋予的随机值rand；在LEACH协议的第r轮次的运行过程中，如果节点F_i(r)的大小低于阈值T(n)，将成为簇头。