[发明专利]一种地震仪数据传输分簇路由协议设计方法

摘要

本发明公开了一种地震仪数据传输分簇路由协议设计方法，包括：依据地震仪的交互信息,计算所有邻近地震仪的平均剩余能量，完成邻近地震仪信息收集阶段；构建不同尺寸的簇群，完成簇头竞争阶段；每个簇头依据控制消息建立簇内调度列表，完成簇成员选择阶段；建立簇头到基站连接运行时间、基站等待连接时间和簇头等待连接时间函数关系式；以最小化加权算术和为目标实现簇头路由形成方法，完成从地震仪到基站无线数据传输路由协议设计。本发明使得剩余能量高的地震仪作为簇头，承担更多的中继数据责任，均衡地震仪的能量消耗，避免地震仪能量过早耗尽引起的地震数据丢失，大大的提高了地震仪工作效率，同时减少无线数据传输的多跳延迟影响。

主权项

1.一种地震仪数据传输分簇路由协议设计方法，其特征在于，包括通过无缆地震仪的交互信息，得出无缆地震仪的所有邻近无缆地震仪的平均剩余能量，得出邻近无缆地震仪信息收集阶段T₁和簇头竞争阶段T₂；根据基站位置计算簇头竞争半径，构建不同尺寸的簇群，得出簇成员选择阶段T₃；依据动态能耗均衡分簇方法选出的簇头构建簇间虚拟骨干传输路径；分别建立簇头到基站连接运行时间T_r(x)、基站等待连接时间T_w(x)和簇头等待连接时间T_f(x)的加权算术和目标函数，通过设定约束条件实现最小化运行时间，满足簇头路由无线传输延迟最小化的实际工作需求；具体包括步骤：A.无缆地震仪在其通信范围内广播控制信息，同时接收邻近无缆地震仪的控制消息，通过公式计算n个邻近无缆地震仪的平均剩余能量，得到邻近无缆地震仪信息收集阶段T₁，其中E_a表示近无缆地震仪的平均剩余能量；B.如果无缆地震仪在等待时间t内没有收到当选虚头控制消息，则该无缆地震仪作为簇头，并计算簇头竞争半径，计算簇头竞争半径得到簇头竞争阶段T₂；C.簇头根据等待候选无缆地震仪的控制信息创建调度时间列表，并广播所述列表通知等待候选无缆地震仪，簇成员选择阶段T₃结束，完成对簇群的构建；D.基于簇头和基站的位置信息，设定簇头到基站连接运行时间T_r(x)、基站等待连接时间T_w(x)和簇头等待连接时间T_f(x)；E.最小化簇头路由平均多跳延迟的目标简化为最小化T_r(x)、T_w(x)和T_f(x)的加权算术和，建立簇头路由形成方法目标函数：其中，T_r(x)表示簇头到基站连接运行时间，T_w(x)表示基站等待连接时间，T_f(x)表示簇头等待连接时间，θ和δ表示在[0,1]之间的加权系数；F.结合蚁群算法和遗传算法的搜索特性，组建帕累托候选集合，以汉明距离为阈值更新该集合，实现最优化簇头路由形成，满足目标函数的约束条件；所述步骤B在等待时间t结束后广播无缆地震仪当选簇头控制消息，计算簇头竞争半径完成簇头竞争阶段T₂，包括以下步骤：依据邻近无缆地震仪平均剩余能量Ea和无缆地震仪剩余能量Er，给出广播簇头竞争消息等待时间t：依照该公式，无缆地震仪在等待时间t内没有收到竞争簇头消息，则该无缆地震仪则为簇头；考虑簇头的剩余能量和基站的通信距离，簇头竞争半径表达式为：其中，d_max和d_min是在无缆自定位地震勘探仪器网络中簇头到基站的最大通信距离和最小通信距离，d(s_i,BS)是簇头s_i到基站的通信距离；α和β是分布在[0,1]之间的加权系数，分别决定了无缆地震仪与基站之间的通信距离和剩余能量影响系数；是簇头si的剩余能量，R_max是簇头竞争半径的最大值；所述步骤F结合蚁群算法和遗传算法的搜索特性，组建帕累托候选集合，以汉明距离为阈值更新该集合，实现最优化簇头路由形成，满足目标函数的约束条件，包括以下步骤：为实现步骤E中的目标函数，对T_r(x)、T_w(x)和T_f(x)提出的约束条件如下所示：d_0i≥e₀，其中为簇头i和j与时间t的二元变量；为簇头i和j在时间节点t时的簇间路由运行时间，ω_i为地震数据到达基站的运行时间比预定时间提早的等待时间，d_i为地震数据到达基站的运行时间比预定时间晚的等待时间，d_0i为地震数据从离开簇头i到j的时间，e_i为簇头j开始接收或发送地震数据的时间临界值，c_ij为离散状态下簇头i和j的最小数据传输时间，N₀为簇头N的子集，N为簇头的数量；为满足上述步骤的约束条件，结合蚁群算法的局部搜索特性和遗传算法全局搜索特性，组建帕累托簇头路由候选集合，并以汉明距离为阈值更新该集合，完成最优簇头路由形成方法。