[发明专利]一种分层的基于粒子群优化的无线传感器网络分簇路由方法

权利要求书

1.一种分层的基于粒子群优化的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：对传感器节点进行分层和分段；

步骤S2：使用分段和分层后的传感器节点获取原始信号；

步骤S3：传感器节点通过路由方式将原始信号进行压缩并且传输到汇聚节点，所述汇聚节点接收经过压缩的原始信号并且进行处理，恢复出原始信号；

所述步骤S1中，所述对传感器节点进行分层为根据传感器节点的高度，将传感器节点划分成不同的层；所述对传感器节点进行分段为根据传感器节点距离汇聚节点的水平距离，将传感器节点划分成不同的段；

所述步骤S3包括：

步骤S3.1：从传感器节点中选出簇头节点，并且对所有的传感器节点进行分簇，簇头节点获取簇内其他节点的信息；

步骤S3.2：确定簇头节点与汇聚节点之间的路由路径；

所述簇头节点通过路由路径将收集的原始信号压缩并且传输到汇聚节点；

所述汇聚节点利用测量矩阵和压缩传输的原始信号完成对原始信号的恢复；

所述步骤S3.2包括：

步骤S3.21：根据簇头节点和汇聚节点到各个节点间的距离确立簇头节点对应的候选集；

步骤S3.22：将粒子扩展为多个子粒子，每个子粒子分为两部分，一部分对应簇内路由节点，另一部分对应簇外路由节点；

所述对应簇内路由节点的部分根据对应节点的分簇信息进行随机初始化；

所述对应簇外路由节点的部分根据对应簇头节点的候选集进行分层初始化；

步骤S3.23：通过初始化后的粒子确定路由路径以及映射出测量矩阵；

步骤S3.24：通过路由路径以及测量矩阵计算出粒子的适应值；

步骤S3.25：根据粒子的适应值更新粒子的局部最优值与全局最优值；

步骤S3.26：根据更新后的局部最优值、全局最优值对粒子的速度和位置进行更新；

步骤S3.27：判断迭代次数是否达到设置的最大值，若未达到执行步骤S3.23，否则结束算法。

2.根据权利要求1所述的一种分层的基于粒子群优化的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，所述步骤S3.1包括：

步骤S3.11：初始化粒子；

步骤S3.12：通过适应度函数计算出粒子的适应值；

步骤S3.13：根据计算出的粒子的适应值更新粒子的局部最优值与全局最优值；

步骤S3.14：根据更新后的局部最优值、全局最优值对粒子的速度和位置进行更新；

所述更新粒子的位置的值受到限制，若粒子更新的位置的坐标值并不存在于传感器网络内，则将更新粒子的位置的值映射至距离其最近的节点坐标；

步骤S3.15：判断迭代次数是否达到设置的最大值，若未达到执行步骤S3.12，否则执行步骤S3.2。

3.根据权利要求2所述的一种分层的基于粒子群优化的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，所述粒子的适应值由适应度函数算出，具体算法为：

通过考虑簇头节点的剩余能量、簇头节点与所有节点之间的距离、簇头节点与簇头节点之间的距离、簇头节点在网络中分布的位置，定义适应度函数：

f＝ω₁E_p+ω₂E_c+ω₃E_e

其中，ω为权重系数，ω₁+ω₂+ω₃＝1；E_p为所有簇头节点的剩余能量；E_c为簇头节点与所有节点之间的距离之和；E_e为簇头节点之间距离的数据集的方差。

4.根据权利要求3所述的一种分层的基于粒子群优化的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，所述其中为第m个簇头节点的剩余能量；为第m个簇头节点的初始能量，M为簇头节点的总个数。