[发明专利]一种基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法

权利要求书

1.一种基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将某个区域中包含的多个传感器节点划分为若干个初始簇，并选出各个初始簇中的某个节点作为临时簇首，此时设置轨迹表为空；

(2)计算各簇内各个节点的聚合度值以及和整个该区域的聚合度值；

各簇内各个节点的聚合度值表示为：

整个该区域的聚合度值表示为：

其中，K为在该区域内划分的簇的总数，m为每个簇中包含的传感器节点总数，1≤i≤K，1≤j≤m，α表示距离调节参数；β表示能量调节参数，α+β＝1，表示第i个簇中节点j与基站BS的曼哈顿距离；表示第i个簇中节点k到节点j的曼哈顿距离；表示第i个簇中节点j向基站BS传输单位数据量消耗的能量；表示第i个簇中节点j向节点k传输单位数据量消耗的能量；

(3)判断各簇的当前临时簇首的聚合度值是否为各簇内各个节点的聚合度值的最大值，若是，转入步骤(5)，否则，转入步骤(4)；

(4)选取各簇的最大聚合度值对应的节点为各簇的簇首，并将轨迹表中与已调整的各簇中非当前簇首相关的记录清空，转入步骤(5)；

(5)判断是否达到终止条件，终止条件为达到最大的迭代次数或整个该区域的聚合度值稳定地收敛；若达到，转入步骤(9)，否则，当前迭代次数加一后，转入步骤(6)；

(6)将各簇中聚合度值中位数以下对应的节点选为待置换节点；

(7)按照置换规则进行置换，判断是否置换成功，若置换成功，转入步骤(8)，如果置换失败，转入步骤(6)；

(8)将置换成功的各簇中簇首与簇内节点信息录入轨迹表，并转入步骤(2)；

(9)输出各簇最优簇首节点信息和各簇的节点信息，完成网络中所有节点的分簇操作，得到最优的分簇结果，并输出最终的分簇结果。

2.根据权利要求1所述的基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，所述轨迹表为由K个带有各簇编号的空间组成，每个空间中均由键和值组成的键值对构成，键对应的是第i个簇的簇首信息，值对应的是一组链表，链表中存储的是第i个簇中所有节点组成的对象信息。

3.根据权利要求1所述的基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：

根据各簇内节点的聚合度值DP_i^j值的大小，将最大的DP_i^j值所对应的节点j选举为新一轮该簇的簇首节点即h_i＝max(DP_i^j)。

4.根据权利要求1所述的基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，所述步骤(7)中，置换规则具体为：

(71)计算各簇的待置换节点对各簇簇首的ξ值；

(72)选取各簇中对簇首的值低于该簇的待置换节点对应的ξ值的节点，若选取的数量小于该簇的待置换节点数，则该簇退出置换，否则，将选取的值按从小到大顺序排列；

(73)各簇优先选取最小的值对应的节点作为待置换节点，若各簇待置换节点产生竞争关系，即：多个簇选取的待置换节点为同一个，其中，r表示簇a中最小ξ值对应的预选节点，n表示簇b中最小ξ值对应的预选节点，则将各簇中取值最小的节点作为置换节点，其余簇的待置换节点的选取依序顺延，若该簇中满足要求的值对应的节点数小于该簇的待置换节点数，则该簇退出置换；

(74)若至少有两簇的节点满足置换操作，则转入步骤(75)，否则转入步骤(6)；

(75)若轨迹表中不包含符合条件的待置换节点与对应簇其他节点组成的集合对象信息，则转入步骤(8)，否则，转入步骤(6)。

5.根据权利要求4所述的基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，各簇中对簇首的值，表示为：

其中，表示第i个簇的簇首节点距离基站的曼哈顿距离；表示第x个簇中待置换节点j距离第i个簇的簇首的曼哈顿距离；表示第i个簇的簇首向基站传输单位数据量消耗的能量；表示第x个簇中待置换节点j向第i个簇的簇首传输单位数据量消耗的能量。

6.根据权利要求4所述的基于置换搜索的无线传感器网络聚类分簇方法，其特征在于，所述步骤(7)中，置换失败的情况还包括：各簇中聚合度值中位数以下的节点均参与置换且所有簇均置换失败，则各簇除簇首外，所有节点均参与置换，按置换规则继续置换，仍然置换失败；此时置换失败，但各个簇状态稳定，此时的各簇簇首即是各簇的最优簇首，提前结束迭代，输出各簇的最优簇首，转入步骤(9)。