[发明专利]一种基于测量数据相似性的WSN分簇路由方法

说明书

本发明公开了一种基于测量数据相似性的WSN分簇路由方法，具体包括如下步骤：(1)设计自适应聚类算法根据测量值相似性对节点分簇；(2)根据剩余能量和传送能耗设计簇头更替方法，动态地选择簇头传送数据；(3)根据传送次数因子和相对距离因子，为簇头选择路由路径。本发明提供一种基于测量数据相似性的WSN分簇路由方法，从节点测量数据相似性的角度出发，设计自适应聚类算法将测量值相似性高的节点分为一簇，从每个簇中选择一个节点代表整个簇传输数据，其它节点休眠节省能量。设计基于能量和距离的簇头选择和路由方法，平衡节点能耗。

技术领域

本发明属于无线传感器网络路由协议领域，特别是涉及一种基于测量数据相似性WSN分簇路由协议。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)由大量体积小、价格低廉、能量受限的传感器节点组成，目前被广泛应用于军事、医疗和工业等领域。网络中节点由电池供电且电源难以得到补充，在工作一定的时间后节点会因能量耗尽而死亡，节点能量受限影响了网络的生命周期，所以降低节点能耗、延长网络生命周期一直是WSN中的研究热点。无线传感器网络中，节点大量密集分布使某些节点的测量值具有较高的相似性，若所有节点都向基站传送数据，会导致冗余数据的传输从而产生额外的能耗。同时由于节点与基站的距离不同使节点能耗不均衡，导致一些节点因能耗过大而过早死亡。因此，有效去除冗余数据的传输，避免过多的通信能耗以及均衡节点的能耗是WSN中亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种测量数据相似性WSN分簇路由方法，首先设计自适应聚类算法，利用节点测量的历史数据和预先定义的误差阈值，根据节点测量数据的相似性进行分簇，后从每个簇中选择一个簇头节点代表整个簇传输数据，其它节点进入休眠模式节省能量。同时针对网络中存在节点能耗不均导致节点过早死亡的问题，根据节点的剩余能量和传送能耗在每个簇中动态更新簇头，并设计传送次数因子和相对距离因子为簇头节点寻找数据转发节点，平衡节点能耗。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于测量数据相似性的WSN分簇路由方法，包括如下步骤：

步骤一：设计自适应聚类算法，利用预先设定的误差阈值和节点测量的历史数据对节点执行分簇操作，将测量值相似的节点分为一簇；

步骤二：根据节点的剩余能量和传送能耗动态地在每个簇中选择一个节点代表整个簇传送数据，簇内其它节点休眠节省能量；

步骤三：根据传送次数因子和相对距离因子生成节点评价函数，为簇头选择路由路径，平衡节点能耗。

其所述步骤一中，自适应聚类算法包括三个定义如式(1)、(2)、(3)：

定义1：聚类算法根据节点测量数据的相似度来分簇，测量数据包括温度或湿度，数据的相似度由误差定义，误差公式定义如下：

式中M_ir为节点i在第r轮测量的数据值，M_jr为节点j在第r轮测量的数据值，R为总的测量轮数；δ_ij为节点i和节点j在R轮内测量数据的均方根误差，δ_ij的值越小，节点i和节点j之间测量数据的相似度越高；

定义2：假设DST(Data Similarity Threshold)为预先定义的误差阈值；基于公式(1)，节点之间通过以下公式判断是否分到同一簇：

式中T_ij值为1时，表示节点i和节点j有资格被分为同一个簇；反之表示节点i和节点j不能被分到同一个簇；其中DST的值要根据实际需求来预先设定；

定义3：基于公式(1)，簇与簇之间的合并公式定义如下：