[发明专利]一种无线传感器的多跳最优路径选择方法

说明书

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体为一种无线传感器网络的多跳最优路径选择方法；所述方法包括根据初始节点能量和传输节点消耗，建立能效计算模型计算出剩余能量；根据邻居节点信息和下一跳节点位置信息，建立数据聚合模型，计算簇头与成员节点之间的距离；根据节点密度，确定m个初始聚类中心；将m个初始聚类中心利用改进的IF‑THEN模糊规则中的隶属函数对应输出m个最优簇头；将信息发送给对应的最优簇头，最优簇头之间通过多次转发将数据传输到目的地；根据迭代次数和簇间传输成功率，丢弃或合并无效路径，完成路径搜索；通过评估路径质量，从搜索出的路径中竞争比选求解出最优路径。本发明能有效降均衡网络能耗，延长网络寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种基于模糊算法的最优簇头 选择且能量高效的无线传感器网络路由算法，具体为一种无线传感器的多跳最 优路径选择方法。

背景技术

无线传感器网络由分散在各个地区的小型和微型设备组成，用于事件监测。 但是一般的传感器节点部署在较为恶劣的环境中，节点充电或更换电池都十分 困难。任何无线传感器网络的目标都是发送数据到达目的节点，而链路服务质 量和能量消耗一直是无线传感器网络面临的重要挑战，在多跳无线传感器网络 中，由于其高丢包率和能量利用率，需要可靠的链路来实现端到端的数据传输， 采用多条路径传输数据可能会导致多次重传，从而造成资源消耗和长时延。

现有的方法主要是基于单路径路由，单路径能够以最小的功率计算系统的 复杂性、资源利用率，实现网络吞吐量，但是当路径未能发送数据包，且产生 额外开销时，单路径路由无法解决上述此类问题。虽然目前已经能利用多路径 满足链路服务质量等要求，但是节点的数据多次转发会对无线信道造成干扰， 并且通过增加路径数量会导致能源的消耗过多。因此亟需一种方式，能够提高 多路径路由中节点传输的可靠性和降低网络能耗的技术。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明通过分析无线传感器网络的数据传输特 点，结合邻居节点和下一跳节点位置信息，建立了数据聚合模型，将数据节点 进行聚合，并形成多个簇头，计算出各个簇头与其成员节点之间的距离；计算 传输能量和路径损耗，建立节点能耗估算模型并计算节点剩余能量；基于节点 的密度，在无线传感器网络中确定多个初始聚类中心，输入剩余能量和距离， 利用改进的IF-THEN模糊规则中的隶属函数对应输出多个最优簇头；成员节点 将信息发送给其对应的最优簇头中，完成最优路径搜索。

其中，最优簇头对应为初始聚类中心进行调整后的聚类中心。

具体的，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括：

一种无线传感器的多跳最优路径选择方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据初始节点能量和传输节点消耗，建立无线传感器节点的能效计算 模型，并计算出各个节点的剩余能量RE；

S2、根据邻居节点信息和下一跳节点位置信息，建立数据聚合模型，计算 出各个簇头与其成员节点之间的距离D_toC；

S3、根据节点密度，在无线传感器网络中确定m个初始聚类中心；

S4、输入剩余能量RE和距离D_toC，将m个初始聚类中心利用改进的 IF-THEN模糊规则中的隶属函数对应输出m个最优簇头；

S5、成员节点将信息集中发送给对应的最优簇头，各个最优簇头之间通过 多次转发将数据传输到目的地；根据迭代次数和簇间传输成功率，丢弃或者合 并无效路径，完成路径搜索；

S6、通过评估路径质量，采用竞争比选方式从步骤S5中搜索出的路径中求 解出多跳最优路径。

本发明的有益效果：

1)本发明针对多跳网络数据传输路径的优化，利用模糊推理得到最优簇首， 减少节点之间互相转发数据及多次重传，提高了能量的传输效率。