[发明专利]一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统

说明书

本发明公开了一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，本发明采用考虑节点剩余能量和距离影响因子的LEACH方法，进行节点分簇，采用遗传算法快速寻找次优解，并映射为初始信息素浓度，利用蚁群算法获取最优解，快速有效的寻找到更短的路由路径，可有效降低节点数据传输能耗，降低系统总能耗，提升网络的寿命。

技术领域

本发明涉及一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，属于城市地下综合管廊无线传感器网络技术领域。

背景技术

城市地下综合管廊主要指在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等重要城市基础工程管线集于一体，并设有专门的检修口、吊装口与检测系统，实施统一的规划、设计、建设和管理，该系统不仅能够解决城市的交通拥堵问题，还可以极大的方便了以上等市政设施的维护和检修。综合管廊的建设由于避免了铺设和维修地下管线所带来的频繁挖掘道路，对城市的交通以及居民的出行都带来了极大的便利，降低了多次翻新路面所带来的额外维修费用，并保持了路面的完整性和各种管线的使用耐久度，且由于减少了道路周边的杆柱以及各种地上管线数量，可以达到美化城市的目的。

在管廊环境中，多种物理设施以及网络的建设是显然的，也会带来大量不同类型的数据和信息，这为管廊的管理和维护带来了挑战。将无线传感器网络应用在城市地下综合管廊系统将解决这一问题，将不同的传感器节点部署在管廊中组成异构传感器网络，对其中的多种参数和数据进行收集，达到对各个管道的监测与预警效果。传感器具有体积小、成本低、使用时间长等优点，可以部署到平时人员难以到达或需要长时间检测的地方，但其维护和更换的代价较高。因此提供一种降低传感器节点能耗的路由方法变得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种地下管廊无线传感器网络路由方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种地下管廊无线传感器网络路由方法，包括：

采用LEACH方法对节点进行分簇；其中，节点包括非中继节点和中继节点；LEACH方法中，选择簇首用的判决函数考虑了节点剩余能量和距离的影响因子；

根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解；

将次优解映射作为初始信息素浓度，采用蚁群算法，获取节点数据传输路由的最优解。

非中继节点包括普通节点和高级节点，其中，普通节点和高级节点随机部署，中继节点部署在地下管廊分段的几何中心。

判决函数为：

其中，T_i为选择簇首用的阈值，p为预期的簇首占比，G为前轮1/P中没有成为簇首的节点集合，r为当前轮次，m_i为当前节点i剩余能量和距离的影响因子。

影响因子的计算公式为：

其中，α、β为权重系数，α+β＝1，E_i为当前节点i的剩余能量，E_avg为当前节点的平均剩余能量，d_i为当前节点i到中继节点的距离，d_avg为地下管廊分段内非中继节点到中继节点的平均距离。

传感器节点平均剩余能量的计算公式为：

E_avg＝E_ttl-r*E_ac

其中，E_ttl为初始总能量，E_ac为每轮消耗能量的平均估计值。

根据分簇结果，采用遗传算法，获取节点数据传输路由的次优解，包括：