[发明专利]基于聚类和模糊系统的无线传感器网络分簇路由协议方法

权利要求书

1.一种基于聚类和模糊系统的无线传感器网络分簇路由协议方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、汇聚节点采用聚类算法通过迭代将无线传感器网络分为k个最优的固定簇；

步骤2、汇聚节点用基于模糊系统的分簇算法计算出模糊规则，将模糊规则以及每个节点自身的节点到汇聚节点的距离D^tos、节点到簇的中心点的距离D^toc和所属的簇的编号分发给每个节点；

步骤3、首轮汇聚节点通过模糊系统计算出每个簇中簇头的优先度P^choose的最大值，拥有最大簇头的优先度P^choose的节点为所在簇的簇头，汇聚簇头将节点ID以及对应簇的编号广播，节点识别出并记录所在簇的簇头ID；

步骤4、簇内通信采用TDMA方式，簇头节点给各个簇内节点分配时隙，每轮最后一个时隙空出，用来广播下轮簇头的节点ID；簇内节点在自己的时隙内将自己的剩余能量、汇聚节点的距离D^tos、节点到簇的中心点的距离D^toc和采集的数据发送给簇头，簇头接收、融合簇内节点采集的数据，处理后将数据包转发给汇聚节点；

步骤5、簇头节点在完成本轮簇内节点数据传输后，将收到的簇内各节点的剩余能量归一化，计算节点的剩余能量E^res，采用模糊系统计算出最大簇头的优先度P^choose，找出最大的P^choose的节点ID，作为下一轮簇头，并将其广播；

步骤6、网络正常工作时，重复步骤4和步骤5；

所述模糊系统由模糊器、模糊规则、模糊推理以及解模糊器构成，模糊系统有如下三个输入：节点到汇聚节点的距离、节点到簇的中心点的距离以及节点的剩余能量，三个输入经过模糊器模糊化后送入模糊推理，模糊推理根据模糊规则输出推理结果，将推理结果通过解模糊器解模糊化得到输出；

所述模糊系统的三个输入需要进行归一化处理，归一化处理后的节点到汇聚节点的距离、节点到簇的中心点的距离以及节点的剩余能量分别记作D^tos、D^toc和E^res；并且将D^tos和D^toc分为3个等级，采用梯形隶属度函数，将E^res分为5个等级，采用三角形隶属度函数，输出为节点成为簇头的优先度记为P^choose，分为9个等级，采用三角形隶属度函数。

2.根据权利要求1所述的基于聚类和模糊系统的无线传感器网络分簇路由协议方法，其特征在于：所述步骤1采用K-means++聚类算法进行节点分簇，其具体方法如下：

⑴从节点的坐标集合X＝{x₁,x₂,..,x_m,..,x_n}中随机选择一个节点作为第一个簇的中心点，记作c₁；

⑵计算每个节点到新的簇的中心点的距离，计算方法为：从X中选取一个新的节点x_m作为新的簇的中心点c_p，节点x_m到c_j的Euclidean距离记作d(x_m,c_j)，x_m被选取的概率为：

其中p∈{1,...,k}；

⑶重复步骤⑵直到k个簇的中心点被选出来；

⑷计算每个节点到每个簇的中心点的距离，将节点分配给距离最近的簇中心，节点x_i∈C_p，C_p簇的中心点c_p所在簇的节点的集合；

⑸对每个簇p∈{1,...,k}，将其新的簇的中心点定为

⑹计算函数其中当x_i∈C_p时，r_im为1，时，r_im为0；

⑺重复步骤⑷和步骤⑸,直到函数J与上一轮的函数J相差小于设定的阈值或者达到设定的代数。