[发明专利]一种无线传感器网络簇间数据传输方法

说明书

本发明涉及一种无线传感器网络簇间数据传输方法，属实时嵌入式领域。蚁群算法具有分布式，正反馈等特点，适合解决于组合优化问题。首先初始化蚁群，然后考虑可能会影响网络生存周期的因素，进而制定适应度函数，并结合原有经典蚁群算法制定新的状态转移概率计算公式。对每个簇头计算状态转移概率值，判断下一跳的簇头，并在单次迭代过程中更新局部信息素，然后依据此方法找到完整的遍历路径。然后对每条路径进行信息素更新，将路径中最小剩余能量和最大剩余能量的比值与能耗均衡因子最差，并把此差值融入更新规则，控制信息素的增减。此发明建立簇头和蚁群节点之间的对应关系，充分做到节能与能耗均衡，有效延长来网络的生命周期。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络簇间数据传输方法，属于实时嵌入式技术领域。

背景技术

信息物理融合系统近年来被广泛应用于现实生活中，其通过遍布在需感知环境地传感器集合组成的无线传感器网络来感知获取数据，并通过某种路由方式传输给观察者。其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖的地理区域内被感知对象的信息，由于大部分需要感知的环境都较为恶劣，并且传感器是由嵌入在其中的微型电池提供，一旦电池能量耗尽，就导致节点失效。若要精确定位并替换新的传感器节点，就是一件非常困难的事情。

发明内容

本发明涉及一种无线传感器网络簇间数据传输方法，采用节能的分簇多跳机制，然后通过优化的蚁群算法改变簇间数据传输方式，使得更节点能耗均衡，以达到延长网络生命周期的目的，用来解决数据在簇头间传输时如何选择下一转发簇头。

本发明采用的技术方案是：一种无线传感器网络簇间数据传输方法，包括如下步骤：

Step1、设置初始参数，比如在计算路径选择概率的时候的残留信息相对重要程度α，期望值的相对重要程度β，信息素挥发因子ρ，信息素增加强度系数Q，最大迭代次数N、蚂蚁数量m，然后初始化蚁群，每只蚂蚁代表一个可行解。

Step2、随机地将A只蚂蚁放到B个传感器节点，蚂蚁根据传感器节点之间的距离以及节点度构造初始路径。

Step3、根据簇头之间的距离、簇头剩余能量及每个簇头节点的节点度，进而计算出适应度函数，并且根据适应度函数设置相对应的适应度函数因子。

Step4、根据期望信息、信息素含量以及Step3中计算得到适应度函数构造状态转移概率公式蚂蚁根据计算出的值选择下一簇头。

Step5、单次迭代过程结束之后，也依据适应度函数中的三个评判指标(节点度、节点之间的距离、节点剩余能量)对该路径上的信息素进行局部更新。

Step6、重复step4和step5两个过程，以蚂蚁是否到达基站来判断一次完整的数据传输过程是否结束，若是，则需要对本次所有蚂蚁的遍历路径进行全局信息素更新。

Step7、蚂蚁重复step3至step6，然后判断是否达到设定的最大迭代次数，若达到，则满足终止条件，则根据信息素的积累量选出最优路径，若没达到迭代次数，则蚂蚁继续构造路径进行下一次循环。

所述的Step3中簇头节点的节点度是指与该节点直接相连的节点数量。

所述的step3中适应度函数构造，step5中局部信息素更新以及step6中全局信息素更新这三个步骤中传感器节点的位置信息和剩余能量都通过基站实时获取。

所述step1的具体步骤如下：

设定算法基本参数N和m，N为节点个数，m为蚂蚁数量，并为状态转移和信息素更新时所要使用到的参数赋值。

所述step3的具体步骤如下：

各个簇头都可能担任簇间数据传输的任务，但临近基站的簇头传输的频率更高，所以能量消耗的更快。如果不对节点的剩余能量，距离，节点度进行综合考虑，很有可能会导致转发任务大的节点因能量耗尽而快速失效。