[发明专利]一种无线传感器网络中的分簇路由方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中的分簇路由方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

①设定WSN网络中簇的个数K；

②确定分簇过程中的簇首决策因子；

③参数标准化，建立簇首决策矩阵：

假设影响簇首选择的簇首决策因子的个数为m个，无线传感器网络中的节点个数为n，第j个节点的第l个决策因子为a_jl，则无线传感器网络的簇首决策矩阵A'为：

A'＝(a'_jl)_n×m,j＝1,2,...,n；l＝1,2...,m

对簇首决策矩阵A'进行标准化处理，标准化处理后的簇首决策矩阵为A，

④确定决策因子的权重向量：

首先，利用下式计算传感器网络中节点的权重决策因子的信息熵：

其中，j表示无线传感器网络簇首决策因子的序号，j＝1,...n，l表示无线传感器中的节点的序号，l＝1,2...,m，N_jl表示第j个WSN节点的第l个决策因子的取值；

然后通过下式求解各个簇首决策因子的权重：

最后得决策因子的客观权重向量为：

W＝[w₁,...,w_n]^T；

⑤计算分配权重的簇首决策矩阵：

V＝AW

式中W为权重向量；

⑥构造理想最优向量与理想最劣向量；

⑦分别计算候选节点与理想最优向量的距离和与理想最劣向量的距离/

⑧选择K个节点做为簇首节点：

簇首节点选择标准设计为:

从候选节点中选择K个C_j值最小的节点做为簇首节点；

⑨节点入簇：

选择出K个簇首节点后，簇首节点向周围的节点发起广播，如果广播被周围的簇首节点或被已加入其他簇的节点收到，则被忽略；如果周围的非簇首节点收到广播，而且该节点尚未加入任何簇，则该节点向发送广播的簇首节点发送加入簇的分组，该分组中应包含该节点ID、节点位置、节点能量、运动速度信息，簇首节点在收到节点发送的入簇分组后，记录该节点的相关状态信息，并管理簇内节点，为其分配数据上传的时隙；

⑩簇内网关节点选择：

无线传感器网络中的所有节点都加入相应的簇后，构造网关节点的选择函数：

f＝μ₁f_α+μ₂f_β

式中f_α是节点的剩余能量因子，f_β是节点与基站的距离因子，μ₁是节点的剩余能量的权重，μ₂是节点与簇首的距离的权重，μ₁+μ₂＝1

式中，E_ini是节点初始能量，E_con表示每一次迭代节点所消耗的能量，f_β是节点与基站的距离因子，f_β表达式中分子表示某个簇中传感器节点与基站之间距离的平均值，d(n_p,BS)表示某个簇中传感器节点n_p与基站的距离，q为该簇中传感器节点的数量；将每个簇内选择函数值最大的节点作为簇内网关节点，由网关节点协助簇首节点将收集的数据及融合的信息发送到基站；

网关节点协助簇首节点将收集的数据及融合的信息发送到基站的具体方法如下：

簇首在完成数据收集及融合处理后，如果簇首能够直接将数据发送到基站，则簇首直接将数据发送到基站；如果簇首不能直接将数据发送到基站，则将数据发送到簇内的网关节点，由网关节点以簇间多跳路由的方式经其他簇内的网关节点发送到基站；

在数据发送过程中，簇首节点及网关节点要监测本节点的剩余能量，如果网关节点剩余能量小于阈值能量，则向网簇首节点发送消息，请求簇首节点重新选择一个网关节点；如果簇首节点能量小于阈值能量，则全网重新进行一次簇首选择过程，重新选择K个节点做为簇首节点；

所述簇首决策因子设置5个：

a.节点能量因子f₁：

节点能量因子f₁：节点能量在簇首选择中非常重要，在簇首选择过程中，并不是节点能量越大越好，因为，随着簇首收集数据和融合数据，其能量在不断减小，不同的节点其能量下降的速率是不同的，这里，我们用能量消耗速率来考查节点能量，定义如下公式来做为节点能量因子：

式中，E_ini是节点初始能量，E_con表示每一次迭代节点所消耗的能量，节点初始能量越大，消耗的能量越小，则期能量因子越大。

b.簇内紧凑性因子f₂：

簇内紧凑性因子使用以下公式进行计算：

其中n_p为第k个簇内的节点，CH_k为第k个簇首节点，d(n_p,CH_k)表示簇内节点n_p与簇首节点CH_k的距离，q为簇内节点的数量；

c.节点到基站距离因子f₃：

节点到基站距离因子L_l表示节点到基站的距离；

d.节点的传输半径大小因子f₄：

节点的传输半径大小因子r_l表示节点的传输半径；

e.邻居节点的数量因子f₅：

邻居节点的数量因子M_l表示簇内包含的节点的数量大小。