[发明专利]一种UWSNs中基于分簇的信任云数据迁移方法

摘要

本发明公开了一种UWSNs中基于分簇的信任云数据迁移方法，首先将网络部署的节点进行分簇，簇头周期性地计算簇内的平均剩余能量值，当簇内平均剩余能量值低于给定的阈值时，簇头通过sink节点向AUV发送信任云数据迁移请求；其次，AUV根据节点发送的信任云数据迁移请求，考虑剩余能量、平均簇间距离、迁移路径长度、信任值因素，计算最优的信任云数据迁移目的节点，该过程主要包括目的簇的选择与目的节点的确定；然后，AUV与存储信任云数据的节点通信获取要迁移的信任云数据，并将信任云数据迁往目的节点；最后，更新AUV迁移过程中产生的信任云数据。本发明能够平衡网络部署区域的能量消耗分布，最大化网络寿命。

主权项

1.一种UWSNs中基于分簇的信任云数据迁移方法，其特征在于，步骤如下：(1)将全网的节点进行分簇，对于存储信任云数据的簇，簇头节点周期性地与簇内成员节点通信，获得成员节点的剩余能量值，当簇内平均剩余能量值低于预先设置的阈值时，簇头向AUV发送数据迁移请求；(1.1)采用K‑means算法将全网的节点分为k个簇；(1.2)簇头周期性计算簇内平均剩余能量，当检测到平均剩余能量值低于预先设置的阈值时，向AUV发送数据迁移请求；(1.3)网络模型中，AUV直接与sink节点通信，通信范围内的簇头之间直接通信，通信范围之外的簇头通过sink节点通信，源簇需要进行信任云数据迁移时，向AUV发送数据迁移请求，请求过程包括源簇簇头通过多跳方式与sink节点通信，进而sink节点向AUV转发数据迁移请求；(2)AUV根据源簇簇头节点发送的数据迁移请求，考虑剩余能量、平均簇间距离、迁移路径长度、信任值因素，计算最优的信任云数据迁移目的簇；(2.1)AUV计算信任云数据迁移的候选簇：定义一个能量球为以部署区域内任一簇头为球心，半径为R的球，则一共有k个能量球，每个簇头计算本簇内的平均剩余能量，每个能量球的平均剩余能量为球内所有簇头所在簇的平均剩余能量，以簇头CHx为球心的能量球Sx平均剩余能量表示为：s.t.dis(CHx,CHi)≤R,1≤i≤n,其中，n为能量球Sx内除了簇头CHx以外包含的簇头数目，Ei为簇头CHi所在簇的平均剩余能量，假设簇头的位置已知，dis(CHx，CHi)表示簇头CHx与簇头CHi的欧式距离；利用模拟退火算法寻找k个能量球中平均剩余能量的最大值，该能量球内的所有簇头所在簇均为候选簇；(2.2)AUV计算每个候选簇的簇能力，并选取具有最优簇能力值的簇作为目的簇，簇能力值综合考虑候选簇的剩余能量、平均簇间距离、迁移路径长度与信任值，簇能力值AoC的计算公式表示为：其中，Ec与Dc分别为候选簇的剩余能量与平均簇间距离，λ1与λ2为能量因子与距离因子，分别用来控制剩余能量与平均簇间距离对簇能力的影响作用，L为迁移路径长度，Trust为簇的信任值；AUV选择簇能力值最优的候选簇为目的簇；平均簇间距离的具体计算过程为：若一个簇头与另一个簇头可相互通信，则称这两个簇之间为邻居簇，候选簇C0与其邻居簇Ci的簇间距离采用改进的标准化欧式距离方法计算：设候选簇C0的质心坐标为(x0,y0,z0)，簇Ci的簇质心坐标为(xi,yi,zi)，候选簇C0与簇Ci的改进的标准化欧式距离Di计算公式表示为：其中，Sx，Sy与Sz为三维空间中改进的标准差，计算公式为：其中，nc为候选簇的邻居簇个数；则候选簇C0的平均簇间距离计算公式表示为：(3)AUV考虑目的簇内节点的剩余能量与密度可达性因素，选择具有最优节点能力值的中心节点作为信任云数据迁移的目的节点；(3.1)计算目的簇节点的剩余能量；(3.2)计算目的簇节点的密度可达性：定义节点的单跳密度可达节点为从该节点直接密度可达的节点，节点的两跳密度可达节点为从该节点的单跳密度可达节点直接密度可达的节点，节点的密度可达性计算如下：假设某节点的单跳密度可达节点数目为dr1，两跳密度可达节点数目为dr2，定义该节点的密度可达性d为：密度可达性表示一个节点与其周围节点的密集程度和连通性；(3.3)计算目的簇的节点的节点能力值，假设目的簇内共有m个中心节点，中心节点能力值N的计算公式为：s.t.1≤j≤m，其中，E_j表示第j个节点的剩余能量，E₀为节点初始能量，d_j为第j个中心节点的密度可达性，D为所有从第j个中心节点密度可达节点的数目，α₁与α₂分别为能量与密度可达性的权重，表示对应的因素对节点能力值的影响程度，其中α₂＝1‑α₁，E_max与E_min分别为目的簇中节点的最大剩余能量值与最小剩余能量值；AUV选择节点能力值最优的节点作为信任云数据迁移的目的节点；(4)AUV与源节点通信获取信任云数据，并将信任云数据迁往目的节点；AUV确定目的节点后，与源节点采取近距离直接通信，源节点将数据转发给AUV，AUV采用最近直接距离将信任云数据迁移到目的节点；(5)更新AUV迁移信任云数据过程中源节点产生的信任值数据，与原迁移的信任云数据融合；AUV将信任云数据从源节点处迁移至目的节点时需要记录时间戳，信任云数据迁移完成后，如果产生新的信任值数据，重新更新时间戳之后的部分信任值数据。