[发明专利]无线传感器网络组网方法、系统、装置和存储介质

权利要求书

1.一种无线传感器网络组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:初始化网络，Sink节点重置骨干网络节点集合和骨干网络邻居节点集合预设覆盖率C_t、骨干网络节点集合Ω和骨干网络邻居节点集合Ψ，对网络中所有节点进行排序，网络内子节点按照顺序轮流广播自身位置及剩余能量,同时各个子节点初始化自身数据；

S2:寻找骨干网络，在网络内所有节点中找到一或多条能够覆盖全网的骨干链路节点；

其中，所述骨干链路节点的寻找通过分布式迭代优化算法实现，包括以下步骤：

S201：在游离节点集合U中随机选择一个节点a_i作为骨干链路的首个节点并将其激活；

所述游离节点集合U为未被纳入骨干网络节点集合Ω和骨干网络邻居节点集合Ψ的其他节点集合，游离节点集合U根据以下公式计算：

U＝C_V(Ω∪Ψ)；

S202：a_i遍历可用的邻居节点，并在其中选取邻居节点因子最大的节点a_j作为骨干链路的下一节点，将自身加入集合X中并激活a_j，其他邻居节点加入集合Y；

所述可用的邻居节点为不属于已吸纳的骨干网络节点及其邻居节点，设节点a_i的邻居节点集合为T(a_i)，则可用邻居节点集合S(a_i)，计算公式如下：

其中，X为已吸纳的骨干网络节点集合，Y为已吸纳的骨干网络节点的邻居节点集合；

其中最优的邻居节点因子用于约束下一被选的骨干节点向网络外围延伸，最优邻居节点因子表示为m(a_i,a_j)最优邻居节点因子计算公式如下：

其中为节点a_j的剩余能量、d(a_i,a_j)为a_i节点和a_j节点之间的距离、d(Sink,a_j)为a_j节点和Sink节点的距离；

S203：当a_j存在邻居节点，则递归执行步骤S202，若不存在则进行下一步；

S204：验证骨干节点集合及其邻居节点集合是否已覆盖整个网络，当覆盖整个网络时，网络内所有节点集合V与骨干网络节点集合Ω和骨干网络邻居节点集合Ψ之间的关系满足V＝Ω∪Ψ，若覆盖则进行下一步，若未覆盖则递归至步骤S201；

S3:验证骨干网络；

其中，所述验证骨干网络是否满足如下公式，若满足则最优则搜寻骨干网成功，

其中E_V为所有子节点的能量之和，E_Ω为所有骨干节点的能量之和，|Ω|表示骨干节点的数量，N为网络内传感器节点的总数量；

若不能满足上述公式，即当前寻找的骨干网络非最优，则重置并递归至步骤S2；

S4:优化覆盖率，使得骨干网络的覆盖率不低于预设覆盖率，激活网络运行；

其中，所述优化覆盖率通过比较骨干网络的覆盖率C_∣Ω∣和预设覆盖率C_t进行优化，此时对于已有的一个含有m个节点n条链路的骨干网可表示为X＝{a₁,a₂....a_m}＝{R1,R2...Rn}，对于任意一条含有k个节点的骨干链路Ri可描述为Ri＝{a₁,a₂....a_k}，优化方法如下：

若当C_∣Ω∣C_t时，骨干网络的覆盖率高于预设覆盖率，从骨干网络中提出部分冗余节点以满足预设覆盖率的要求，通过链路压力值F，计算一个节点对一条链路造成的影响从而进行判断比较，链路压力值F使用以下公式计算：

其中，F(R_λ,a_k)为R_λ链路中的第k个节点对整个链路的压力，循环遍历骨干链路末尾节点并剔除压力值最大节点，至C_∣Ω∣刚好不小于C_t时结束，步骤如下：

S4011:计算C_∣Ω∣、C_∣Ω-1∣,若C_∣Ω∣C_tC_tC_∣Ω-1∣,不成立则进行下一步，若成立则退出；

S4012:遍历计算{R1,R2...Rn}每条链路最后一个节点对链路的压力值：{F1,F2...Fn}；

S4013:求{F1,F2...Fn}的最大值Fi；

S4014:剔除Ri链路的集合X中最后一个节点a_j，并将a_j加入邻居节点集合Y；

S4015:递归至步骤S4011；

当C_∣Ω∣C_t时，骨干网络的覆盖率低于预设覆盖率，吸收部分骨干链路的邻居节点以满足预设覆盖率的要求，通过链路压力值结合节点压力值M，计算一个节点对一条链路造成的影响从而进行判断比较，节点压力值M使用以下公式计算：

其中，M(R_λ,a_q)为R_λ链路中的第q个骨干链路的邻居节点的节点压力，循环遍历骨干链路的末尾节点的邻居节点并增加压力值最小节点，至C_∣Ω∣刚好不小于Ct时结束，步骤如下：

S4021:计算C_∣Ω∣、C_∣Ω-1∣,若C_∣Ω∣C_tC_tC_∣Ω+1∣,不成立则进行下一步，若成立则退出；

S4022:遍历计算{R1,R2...Rn}每条链路最后一个节点对链路压力值：{F1,F2...Fn}；

S4023:求{F1,F2...Fn}的最小值Fi,计算Fi所对应的骨干链路的末尾节点的邻居节点的节点压力值：{M1,M2...Mq}；

S4024:求{M1,M2...Mq}的最小值Mi,最小值Mi所对应的邻居节点为a_i；

S4025:将从邻居节点集合Y中提出节点a_i,将a_i加入骨干链路集合X中，a_j加入骨干链路Ri链路中；

S4026:递归至步骤S4021；

当C_∣Ω∣＝C_t时，这种情况下直接激活网络运行。