[发明专利]一种基于多重幻方的无线传感网络分簇方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多重幻方的无线传感网络分簇方法及系统，通过构建分簇后的无线传感网络的网络拓扑，利用网络拓扑的DFS生成树的树高N的N阶幻方的特性，选择网络拓扑中簇头节点之间通过最短路径方法构建的路由路径与N阶幻方皮尔逊相关系数正相关的最短路径用以更新路由表路径使得每次选举出的簇头节点之间通信代价的差距尽量保持相近，从而使簇头节点的能量消耗保持负载均衡，从而最大化提高网络的平均生命周期，从而使整个无线传感网的整体使用寿命和传输效率提高，由于路由路径的通信代价保持稳定，所以也保障了通信质量和可靠性。

技术领域

本发明涉及无线传感网络领域，特别是涉及一种基于多重幻方的无线传感网络分簇方法及系统。

背景技术

无线传感网络部署一般部署在一些未知的区域测量各种不同的物理量并通过无线通信协议进行数据传递，而在这些未知区域中，由于各种客观因素，例如障碍物、干扰源所以从网络的物理布局中无法得知其实际的传输拓扑路径，每个路径上都有不同的传输代价(传输时延或者信号强度不同)，由于能量耗尽、物理的节点损坏等原因，在分级型的树型拓扑中，需要经常进行簇头节点的更换和重新选举，而在每次选举新的簇头节点进行拓扑传输后，传输路径会有很大的改变，在各个传输路径中的代价是不同的。

在现有技术中，中国专利申请号CN201710369931.2公开了基于数据溯源的WSN加权传输拓扑发现方法及系统，基站对接收的数据包进行溯源，获得数据包的实际传输路径，根据所得到的传输路径来拟合无线传感器网络的传输拓扑。中国专利申请号CN201210055654.5公开了大规模无线传感器网络路由的实现方法，将能量消耗和节点地理位置因素加入到簇首选举算法的设计中；采用了多跳通讯机制，使簇首节点以多跳的方式与Sink节点通信；使数据在最小能耗的路径上发送，保障了节点能耗的均衡，有效提高了大规模WSN路由效率和平均生命周期；这两种方法获取到的路由路径，通信的代价很大概率与重新选举之前的通信代价完全不一致，而通信代价相差太大的情况下，通信代价大的簇头节点因能量消耗过快，导致网络平均生命周期下降，从而使整个无线传感网的整体使用寿命和传输效率降低，通信质量和可靠性也得不到保障。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多重幻方的无线传感网络分簇方法及系统，通过构建分簇后的无线传感网络的网络拓扑，利用网络拓扑的DFS生成树的树高N的N阶幻方的特性(即行、列、对角线上的数值之和相等，即通信代价相同)，选择网络拓扑中簇头节点之间通过最短路径方法构建的路由路径与N阶幻方皮尔逊相关系数正相关的最短路径用以更新路由表路径。

为了实现以上目的，本公开提出一种基于多重幻方的无线传感网络分簇方法，具体包括以下步骤：

步骤1，初始化无线传感网络；

步骤2，通过分簇算法将无线传感网络进行分簇；

步骤3，构建无线传感网络的网络拓扑图；

步骤4，计算出网络拓扑图中每个簇头节点到汇聚节点通信的最短路径，并计算最短路径中各个簇头节点之间通信路径的传输时延或者信号强度的值构成通信权值序列；

步骤5，从基站或汇聚节点开始进行深度优先搜索遍历簇头节点构建网络拓扑图的DFS生成树，获取DFS生成树的树高，DFS生成树的根节点为基站或汇聚节点，叶子结点为各簇头节点；

步骤6，将DFS生成树的树高作为阶数N，生成N阶幻方，将N阶幻方的行、列、对角线上的数值分别组成2N+2个幻方序列(N阶幻方为N行N列的矩阵即2N再加2条对角线即2N+2个幻方序列，每个幻方序列之和相等)；

步骤7，依次计算各个通信权值序列分别与所述2N+2个幻方序列的皮尔逊相关系数；

步骤8，选取大于0的皮尔逊相关系数对应的通信权值序列所对应的最短路径作为路由路径更新路由表。