[发明专利]一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化方法及其优化装置

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化方法及其优化装置，该优化方法包括：建立路由协议的能量消耗模型；根据各个节点的适应度一，第一次选取簇头，以确定系统中所有簇的位置；先将当前其他簇覆盖的非簇头节点从当前簇所覆盖的节点中剔除，再根据各个节点的适应度二，在簇内重新选取簇头；计算各个节点的节点度，并在所述能量消耗模型中非边缘节点的节点度不小于一个预设节点度一且边缘节点的节点度不小于一个预设节点度二时，使对应的节点休眠且邻居节点的节点度减1；根据各个节点的适应度三，使相应非簇头节点入簇。本发明延长网络的生存周期以及有效覆盖面积，增强系统的覆盖率，降低了传输能耗、网络尾延性以及冗余数据量的传输。

技术领域

本发明涉及通讯技术领域的一种优化方法，尤其涉及一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化方法，还涉及一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化装置。

背景技术

无线传感器网络(WSNs)是由很多传感器节点所组成的，这些传感器节点主要负责接收，发送数据以及周围环境数据的监测，WSNs由于监测性能优良，在军事，海洋等方面得到了广泛的应用。路由协议是针对WSNs系统控制，使用规划好的策略将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，目前熟知的路由协议有很多种，如SPEED协议，GEAR协议，GAF协议，LEACH等协议，但是，传感器节点由于无法补充能量，导致系统大量节点死亡之后只能重新加入传感器节点，而传感器节点的能量消耗主要用于传输以及接收数据方面，因此，有一个高效节能的路由协议成为了WSNs提高网络生存周期，网络系统健壮性以及鲁棒性的一个主要目标。目前，热门的分层路由协议为自适应能量有效的阈值敏感传感器网络路由算法(APTEEN)。

APTEEN路由协议以循环方式随机选择簇头节点。该算法采用了“轮”的概念。每个节点在每一轮生成一个介于0和1之间的随机数。如果生成的随机数小于协议的预设数T(n)，则选择该节点作为数据传输的簇头。在此基础上，APTEEN定义了硬阈值和软阈值，以减少不必要的数据传输，它不仅可以定期收集数据，而且在突发环境中响应迅速。由于传感器节点的分布基本上是不规则的，APTEEN存在以下缺点：协议不能选择最佳的簇头，一些高能节点没有充分利用，簇间能量消耗不均匀，在紧急情况下需要传输大量数据时，很容易产生能量热区现象导致节点过早死亡，高密度节点没有良好的休眠机制以及簇头覆盖率过低。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化方法及其优化装置，解决了现有的APTEEN路由协议中一些高能节点没有充分利用，簇间能量消耗不均匀，很容易产生能量热区现象，进而导致节点过早死亡，簇头覆盖率过低的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于遗传算法的APTEEN路由协议优化方法，其包括以下步骤：

步骤S1，建立路由协议的能量消耗模型；

步骤S2，根据各个节点的适应度一，第一次选取簇头，以确定系统中所有簇的大致分布位置；每个节点的适应度一的计算方法包括以下步骤：步骤S21，计算对应节点的消耗能量同初始能量的比值Δ1；步骤S22，计算对应节点与基站的距离同最远节点与基站的距离的比值Δ2；步骤S23，计算对应节点与所述能量消耗模型的几何中心的距离同最远节点与所述几何中心的距离的比值Δ3；步骤S24，计算当前节点成簇后未覆盖的节点数同总节点数的比值Δ4；步骤S25，计算比值Δ1、比值Δ2、比值Δ3、比值Δ4的加权和，并作为对应节点的适应度一；

步骤S3，先将当前其他簇覆盖的非簇头节点从当前簇所覆盖的节点中剔除，再根据各个节点的适应度二，在簇内重新选取簇头；每个节点的适应度二的计算方法包括以下步骤：步骤S31，计算对应节点与质心的距离同簇的覆盖半径的比值Δ5；步骤S32，计算对应节点的消耗能量同初始能量的比值Δ6；步骤S33，计算未被覆盖的节点数同总节点数的比值Δ7；步骤S34，计算比值Δ5、比值Δ6、比值Δ7的加权和，并作为对应节点的适应度二；