[发明专利]基于动态聚类的多目标规划无线传感网路由算法

摘要

一种基于动态聚类的多目标规划无线传感网路由算法，主要包括以下步骤：1)输入传感器网络的基本信息，调用一阶能耗模型，计算整个网络传输一次数据消耗的能量，最优簇首数k_opt；2)调用动态聚类模型，设定动态聚类模型的变量和类数，聚类的变量为节点的坐标，所述类数为最优簇首数k_opt，定义综合评价的指标函数：C(P)＝w₁f(P)－w₂W(P)+w₃D(P)，依照指标函数计算从源节点到目的节点的各条路由的代价，选择最小代价的链路作为从源节点S到目的节点D的路由。本发明提供一种减小复杂度、运算速度快、能量损耗较小、能有效满足用于对网络的Qos服务要求的基于动态聚类的多目标规划无线传感网路由算法。

主权项

1.一种基于动态聚类的多目标规划无线传感网路由算法，主要包括以下步骤：1)、输入传感器网络的基本信息：网络的节点数目、节点坐标位置、区域边长，调用一阶能耗模型，计算整个网络传输一次数据消耗的能量，其算式为(1)：Etotal≈k(lEelecN/k+lεampdtoBS 4+lEDAN/k)+N(lEelec+lεfsM2/(2πk)) (1)上式中，Etotal表示网络传输一次数据消耗的总能量，N表示传感器节点总数，M表示传感器网路正方形区域的边长，EDA是数据融合的单位能量消耗，k为传感器网络中的簇首数，l表示发送数据包包含的比特数，εamp和εfs是信号放大器的放大倍数为常数，Eelec表示发射电路和接收电路的能耗，d表示传输距离，dtoBS 是节点到基站距离；最优簇首数kopt的计算公式为(2)： kopt=N2πϵfsϵampMdtoBs2---(2); 2)、调用动态聚类模型，设定动态聚类模型的变量和类数，聚类的变量为节点的坐标，所述类数为最优簇首数kopt，包括：2.1)、首先人为选定k个簇首节点，根据相似性将网络内的所有节点归类k个簇中，依照每个簇中的各个节点的坐标计算重心，将所述重心位置对应的节点作为凝聚点；2.2)、计算每个簇的凝聚点，判断是否符合动态聚类的停止迭代的条件，如果不符合，以凝聚点为聚类中心重新聚类，以形成新的凝聚点继续进行判定；3)、调用多目标规划模型，在簇内进行多目标规划寻找路由，提供用户的Qos保障，定义综合评价的指标函数：C(P)＝w1f(P)-w2W(P)+w3D(P)，上述中，C(P)代表选择路由P后所花费的代价，f(P)为路由跳数指标，W(P)为路由稳定性指标，D(P)为动态时延指标，w1，w2，w3为各个指标的权重，w1+w2+w3＝1；其中，路由跳数指标f(P)为每条路由链路所经过的节点数n的大小；路由稳定性指标W(P)为通过链路稳定算法计算n跳路由的生存时间T，设两个相邻节点为i和j，两个节点的坐标分别为(xi，yi)和(xj，yj)，运动速度为vi和vj，将运动速度分解为x轴和y轴方向的分量，即节点i的运动速度为(vix，viy)，节点j的运动速度为(vjx，vjy)，则经过t时间后，节点i的坐标为(xi+tvix，yi+tviy)，节点j的坐标为(xj+tvjx，yj+tvjy)；设r为两个节点间无线通信的最大有效距离，当两个节点间的距离达到最大有效距离的算式(3)：((xi+tvix)-(xj+tvjx))2+((yi+tviy)-(yj+tvjy))2＝r2 (3)由上式(3)解得t，t为此跳链路的生存时间，在计算一条路由生存时间时，需要计算此路由每跳链路的生存时间T[i]，对于一个n跳路由的生存时间为：T=min1≤i≤nT[i]; 动态时延指标D(P)为从源节点到目的节点的时延D，对于一条有n个中间节点路由，源节点的坐标为(x0，y0)，n个中间节点的坐标为(xi，yi)i＝1，2，…，n，目的节点为(xn+1，yn+1)，则源节点到目的节点的时延D的算式为(4)：D=k1×Σi=0n(xi-xi+1)2+(yi-yi+1)2+k2×n---(4) 上式中，k1表示在传输路径上的时延因子，k2表示在节点处理上的时延因子；4)、当源节点S需要向目的节点D传送数据时，首先判定是否以前存在S至D的路由，是否可用，如果可用则调用原有的路由传输数据；如果不存在则启动路由算法，寻找从S至D的路由，包括：4.1)、首先判定目的节点D和源节点S是否在同一簇中，如果在同一簇中，依照指标函数计算从源节点到目的节点的各条路由的代价，选择最小代价的链路作为从源节点S到目的节点D的路由；4.2)、当源节点D和目的节点S不在同一簇中，在簇间，依照指标函数计算从源节点D所在簇的簇首到目的节点S所在簇的簇首的代价，然后，在簇内分别计算从源节点D到源节点D所在簇的簇首的代价和从目的节点S所在簇的簇首到目的节点S的代价，选择从源节点D到源节点D所在簇的簇首的最小代价路由、从源节点D所在簇的簇首到目的节点S所在簇的簇首的最小代价路由、从目的节点S所在簇的簇首到目的节点S的最小代价路由作为从源节点S到目的节点D的路由。