[发明专利]基于自适应遗传算法的无线传感器网络分簇路由方法

说明书

本发明提出基于自适应遗传算法的无线传感器网络分簇路由方法包括以下步骤：在监测区域内，随机均匀部署传感器节点，节点能根据接收到的信号强弱判断相对距离；利用传感器节点的初始位置和能量信息进行种群初始化操作；计算适应值，根据适应值进行精英保留以及自适应交叉变异操作；判断所述适应值是否达到迭代停止条件，若否，则转至上一步骤，若迭代完成，则根据最优个体中的分簇方案对节点进行分簇；判断簇头是否在基站的通信范围内，如果是，则簇头直接与基站通信；如果不是，继续根据簇头间的距离选择中继节点，将数据包路由至中继节点，直到数据包被传送至基站。改进了遗传算法的选择、交叉和变异机制，提升了算法的全局搜索能力和收敛速度。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络分簇路由方法技术领域，特别涉及一种基于自适应遗传算法的无线传感器网络分簇路由方法。

背景技术

无线传感网络由很多电池驱动的传感器设备所组成。这些设备能感知到周围环境的一些物理特性从而获得各种数据，例如声音、压力、湿度、温度或化学浓度等。同时，每个传感器节点都具有执行简单计算或与其他节点、基站直接通信的能力。节点会将采集到的数据传输到基站进行进一步的分析和处理。如今，无线传感网络被广泛应用于空气质量监测、健康监测、水质监测、家庭安全等领域。

由于分簇网络结构具有良好的扩展性，便于能量管理，均衡负载，资源分配等优势，很多人对无线传感网络分簇路由协议进行了深入的研究。无线传感器网络中节点的能量是由自身携带的微型电池提供的，一般情况下，电池无法更换，所以无线传感器网络的使用时间受到能量的限制。分簇路由方法中簇头在融合了本簇的数据之后再将融合之后的数据发给汇聚节点，减少了数据的发送量，也减少了能量消耗。簇头负责簇的建立、簇内通信控制以及簇与汇聚节点之间的通信。

在设计和部署无线传感网络的过程中，由于部署环境多变，节点能量有限，极易造成各节点传输数据时的负载不均衡，使得部分节点过早能量耗尽，降低了网络的使用寿命；另外，现有的大多数应用复杂智能算法的分簇路由协议存在运算复杂度高、路由实时性差的问题。因此，如何充分利用有限的网络节点能量来延长网络的寿命，提高网络路由的实时性进而提高数据的传输效率，成为了亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应遗传算法的无线传感器网络分簇路由方法，以解决目前采用复杂智能算法的分簇路由协议实时性较差、网络寿命短、数据传输效率低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种基于自适应遗传算法的无线传感器网络分簇路由方法，包括以下步骤：

步骤1：在监测区域内，随机均匀部署传感器节点，建立网络能耗模型，每个节点都有唯一的ID标识且初始能量相同，节点能根据接收到的信号强弱判断相对距离；

步骤2：利用传感器节点的初始位置和能量信息进行种群初始化操作；

步骤3：种群中个体根据传感节点位置和能量信息计算适应值，并根据适应值进行精英保留以及自适应交叉变异操作，产生新种群，个体上每个点都有几率发生交叉和变异，交叉和变异的概率随着个体适应值的大小进行非线性调整；

步骤4：判断所述适应值是否达到迭代停止条件，若否，则转至步骤3，若迭代完成，则根据最优个体中的分簇方案对节点进行分簇；

步骤5：判断簇头是否在基站的通信范围内，如果是，则簇头直接与基站通信；如果不是，继续根据簇头间的距离选择中继节点，将数据包路由至中继节点，直到数据包被传送至基站。

进一步地，建立的网络能耗模型，若节点需要发送l比特的数据至距离节点为d的节点，则节点的能耗为:其中表示距离阈值，E_elec表示发送或者接收1比特数据所消耗的能量，ε_fs和ε_mp表示不同通信距离下的功率放大系数。

进一步地，所述迭代停止条件为迭代达到30至50次之间任意值之后停止。