[发明专利]一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法

权利要求书

1.一种基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于：

Step1：网络初始化，在面积为M×M的二维监测区域内随机部署N个WSNs传感器节点，节点在监测区域内被划分成簇，每个簇可以选举内、外两个簇首，每次数据采集都通过节点间的转发将监测数据传输到基站；

Step2：分析双簇首模型下成簇规模与网络能耗之间的关系，以最小化网络总能耗为目标来设置最优成簇规模，来给FCM算法指定聚类数目；

Step3：将AOA个体编码为聚类中心组合，然后AOA以FCM算法的目标函数作为适应度函数计算聚类分析前的初始聚类中心，再将其带入FCM算法进行集中式成簇，最终将整个网络划分为C个簇；

Step4：以节点的位置、能量和中心度为影响因子，根据内外簇首的工作特性分别设计独立的簇首评价函数，以评价值为依据在簇内进行簇首的动态轮换；

Step5：计算外簇首间中继转发策略的距离适用条件，并以能量消耗速率为依据选择外簇首的中继节点。

2.根据权利要求1所述的基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于，所述Step2具体为：

能耗模型采用一阶无线通信模型，节点发送lbit数据到距离为d的节点的能耗为：

式中，ε_fs和ε_mp为功率放大器能耗系数，为距离阈值，E_elec为设备运行能耗系数，节点接收l bit数据和将δ个l bit的数据包融合为一个能耗分别为：

E_RX(l)＝lE_elec，E_AGG(δ，l)＝δlE_da

式中，E_da为节点融合1bit数据所需能耗；那么网络运行一轮，整个网络的能耗为所有内、外簇首和簇成员的能耗之和，其计算公式为：

式中，C为成簇规模，d_ON为外簇首到下一跳外簇首距离，T_R为外簇首中继次数；令E_Total对C求偏导为0，可以求得最优成簇规模C_opt为：

3.根据权利要求1所述的基于优化聚类分簇的双簇首WSNs自适应中继路由方法，其特征在于，所述Step3具体为：

Step3.1：设置编码格式，将AOA的个体编码为FCM算法中一组C个D维的聚类中心集合，则每个个体可以用一个C×D的矩阵表示；

Step3.2：设置AOA和FCM算法各初始参数，随机初始化AOA种群；

Step3.3：将AOA种群中个体的矩阵解码为C个初始聚类中心集合V＝{v₁，v₂，…，v_C}，计算该聚类中心集合对应的隶属度矩阵U：

式中，m为控制成簇模糊重叠程度的指数，X＝{x₁，x₂，…，x_N}为所有节点的集合；

Step3.4：求Step3.3中的聚类中心集合和隶属度矩阵对应的目标函数值J_m(U，V)，并将其作为AOA种群中当前个体的适应度值，其计算公式为：

Step3.5：重复Step3.3-Step3.4，直至遍历完AOA种群中所有个体，并记录最优解；

Step3.6：更新AOA种群的搜索空间；判断是否达到AOA最大迭代次数，如果没有达到则返回步骤Step3.3，如果达到则执行步骤Step3.7；

Step3.7：解码AOA迭代的最优解来代替FCM算法随机设置的初始聚类中心；

Step3.8：执行FCM算法得到使J_m(U，V)取到最小值的隶属度矩阵U和聚类中心集合V，即为成簇结果。