[发明专利]一种改进型无线传感器网络节能路由算法

说明书

本发明公开了一种改进型无线传感器网络节能路由算法，包括以下步骤：S1.设定无线传感器网络的基本参数，结合高斯分布产生遗传算法的初始解；S2.计算每个染色体的适应度值，并保留适应度值较小的染色体；S3.任意选择两个染色体作为父本，交叉互换，生成新的子代染色体，并引入变异；S4.S2‑S3若未达到循环次数则继续返回S2；S5.使用蚁群算法寻找到基站的路径；S6.根据概率选择下一跳的节点；S7.更新路由表，直到蚂蚁到达sink节点后，更新全局信息素；若蚂蚁未到达sink节点则返回S6；S8.S5‑S7的循环次数若未达到蚁群算法预设循环次数，则继续返回S5，若已经达到则完成簇内传输和簇头到基站的传输，并记录相关数据。本发明可以有效地延长网络的寿命，节约网络的能量。

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，更具体的说是涉及一种改进型无线 传感器网络节能路由算法。

背景技术

无线传感网络作为一种革命式的技术在近几年的发展中取得了长足进 步。它是由可以感知和检测外部环境的传感器构成。传感器通过无线的方式 通信，可以和互联网进行有线或无线的连接。无线传感器网络已经在诸多领 域有很广泛的应用，例如监控环境，灾害预警系统，医疗，防御系统和目标 跟踪。在这种应用背景下，传感器在网络环境中测量和感知外界的数据并通 过多跳的形式传输给位置比较远的基站。由于传感器节点在网络中随机分布 且放置后不可移动，使得网络的整体能耗受限。因此，节能便成为了无线传 感网中的热点问题之一。

在现有的分簇算法的相关文献中，计算簇头数量一直是有待解决的重要 问题之一。很多文献提出的方案是假设节点均匀分布或者根据无线电传输模 型中的参数计算簇头数量。但是在具体的网络环境中，节点的分布是随机分 布。因此，在大部分的文献中簇头数量的定义是不准确的。这势必会造成分 簇的不合理及能量的大量浪费。在遗传算法的相关文献中，适应性函数的设 定存在很多计算簇内成员节点和簇头到基站的距离。但是分簇的目的是为了 节能，以距离代替能耗不能完全求出全局最优解。在寻找路由的相关文献中， 大部分算法考虑的因素少。很多算法没有考虑节点到sink节点的距离和节点与 邻居节点的关系。算法容易产生环路导致增加路径的长度，以及信息素的更 新不全面。

因此，如何提出一种能够有效减少簇头选择和寻优时间及其消耗能量的 改进型无线传感器网络节能路由算法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术中关于簇头选择的不足和缺陷，以及路径寻找 的缺点，本发明提供了一种改进型无线传感器网络节能路由算法，有效减少 簇头选择和寻优过程中花费的时间和消耗的能量，降低传输数据的能量，从 而延长网络的寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改进型无线传感器网络节能路由算法，包括以下步骤：

S1.设定无线传感器网络的基本参数，结合高斯分布产生遗传算法的初始 解；在所述遗传算法中，将一种节点分布的情况作为一条染色体，节点数作 为每条染色体上的基因数；

S2.根据适应度函数计算每个染色体的适应度值，并保留适应度值较小的 染色体；所述适应度函数为：

其中，CHs表示网络内簇头节点的集合，E₀表示节点在网络中的初始能 量，E_i表示簇头节点i的剩余能量，n为预设系数，E_Intracluster表示当前网络中所 有簇的簇内节点通信的总能耗，E_tran表示簇头节点在收集完本簇的数据后，以 多跳的方式将数据传输到基站所消耗的能量；

S3.在保留的染色体中任意选择两个染色体作为父本，交叉互换，生成新 的子代染色体，并向新的子代染色体引入变异；

S4.判断S2-S3的循环次数是否达到遗传算法的预设循环次数，若未达到 则继续返回S2，若已经达到则执行下一步；