一種基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法
2023-06-27 02:34:21
專利名稱：一種基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法
技術領域：
本發明涉及一種無線傳感器網絡路由方法，主要採用模糊控制的方法來解決信息高效傳輸的問題，屬於分布式計算、即時通訊、模糊控制交叉技術應用領域。
背景技術：
無線傳感器網絡一般採用以數據為中心、基於集群、基於地理信息或基於QOS的路由協議。以數據為中心路由協議側重數據融合。該類路由協議在高實時要求嚴格的場合， 如戰地情報偵查，必須進行改進才滿足需求。基於集群路由協議按特定規則將無線傳感器節點分為多個集群，損耗大量時間和能量進行網絡動態拓撲組織。基於地理信息路由協議動態獲取傳感器節點地理位置信息，以此優化信息傳輸路徑，減少洪泛引起的能量、時間消耗，但損耗大量能量捕獲地理位置信息和構建新拓撲結構，而且獲取的地理位置信息精度不高。基於QOS的路由協議力求滿足網絡QOS需求，所以信息傳輸實時性不高。因此，為了滿足工程上越來越高的要求，演化出了很多優秀變種協議，其中兩級分簇式的路由協議應用最為廣泛。從概括的層面上講，現有兩級改進式的分簇路由協議考慮了簇內節點能耗問題。 越靠近簇頭的節點傳輸數據越多，這類協議通過動態選擇簇頭節點平衡簇內能量損耗，同時，簇頭還進行數據融合，減少網絡數據量。仿真表明，與一般平面多跳路由協議和靜態分層算法相比，該類路由協議將網絡生命周期延長15%。但是，這類協議無法保證選擇的簇頭節點能遍及整個網絡，甚至可能出現簇頭節點集中分布在某個區域；常用的分簇路由協議對簇頭的選擇具有隨機性，難以避免選擇到低剩餘能量的節點作為簇頭；這類協議動態選擇的簇頭以單跳方式與匯聚節點通信，距離匯聚節點越遠的簇頭消耗的能量越多。從工程應用的角度來看，現有分簇路由協議的這些特徵往往很難使得無線傳感器網絡在運行中能量達到均衡，不利於最大限度延長網絡壽命。然而，隨著無線傳感器網絡技術的快速發展和深入運用，工程上對無線傳感器網絡路由協議性能要求急劇提高。科研上從各個方面不斷提高無線傳感器網絡實時性、安全性、高效性和低能耗性，實際運用情況證明綜合使用各種路由協議及其變種，大膽引入先進算法，如遺傳算法、模擬退火算法等，會使得無線傳感器網絡路由協議在某些方面有突出改進。其中，模糊控制在無線傳感器網絡領域的應用前景更令人期待。模糊控制的基本思想是根據操作人員手動控制經驗，總結出完整控制規則，再根據系統當前運行狀態，經過模糊推理、模糊判決等運算，求出控制量，實現對被控對象的控制。模糊控制是運用模糊數學的知識模仿人腦思維方式，對模糊現象進行識別和判決，對被控對象進行精確控制。其主要特點是不需要建立對象數學模型。當對時變非線性的複雜系統，無法獲得精確數學模型或沒必要獲取精確數學模型的時候，利用智能的模糊控制器能給出有效控制。利用模糊控制方法來解決無線傳感器網絡路由協議相關難題，使用最具有直觀性和經驗性方法實現模糊推理和控制，會比較容易地找到問題的突破口，提高網絡協議高效運作性能，構造出滿足工程需要的路由協議。從具體角度來看，模糊控制可被引入到無線傳感器網絡分簇路由協議的多個方面，比如簇頭的選擇、簇的建立、簇內信息的傳輸與融合、上行路徑的確定等。仿真表明，使用模糊控制方法的無線傳感器網絡分簇路由協議在信息傳輸速率、能量節省和延長網絡壽命方面具有明顯的優勢。模糊控制的引入，對改進現有無線傳感器網絡路由協議和設計創新型高效無線傳感器網絡路由協議提供了一種全新的實現方式。
發明內容
技術問題本發明的目的是應用模糊控制方法實現一種高效的無線傳感器網絡分簇路由協議。在協議運行過程中弓I入基於距離、能量參數的模糊集，在直觀性和經驗性模糊推理下，實現在簇頭選擇、簇的建立、簇內信息傳輸與融合、上行路由選擇方面的高效性、實時性、低能耗性和可靠性；利用分布式簇頭選擇和靜態簇頭標籤表，進一步提高路由性能。 本協議為設計高效無線傳感器網絡路由協議提供了一種新設計思想，解決了常用分簇協議的不足。技術方案本發明將模糊控制方法引入到無線傳感器網絡分簇路由協議的各個階段簇頭的選擇、簇的建立、路由的確定與數據融合。本發明是使用分布式異步簇頭選擇和靜態簇頭標籤表的路由協議。分布式異步簇頭選擇是指簇頭的更替不是同時進行，這保證了數據採集的連續性，省去了控制信息的下行傳輸。每一個簇頭節點依據模糊控制方法濾除錯誤數據，並對合理數據進行融合。簇內路由和簇頭節點間網絡路由方式都是基於模糊控制的多跳方式。所述標籤是節點通信時使用到的標誌信息。所述基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法在各個環節都以模糊數學基本原則為主要控制準則，實現透明分布式簇頭選擇，基於靜態簇頭標籤靈活地為無線傳感器網絡提供高效可靠路由服務。基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法採用模糊控制方法對簇頭選擇、簇內路由選擇、簇頭信息融合、簇頭節點間路由選擇進行經驗性和直觀性的控制，所述方法包含的步驟為第一階段，網絡初始化，完成第一次選擇簇頭和形成簇結構步驟1).選擇簇頭啟動匯聚節點，在以匯聚節點為圓心的各個圓環內引導產生均勻分布的簇頭節點；步驟2).簇的形成每個無線傳感器節點根據能量與距離的關係選擇距離自己最近的簇頭，形成簇；第二階段，上行傳輸步驟3).簇內路由簇內節點採集目標環境信息後，在向著簇頭節點方向上模糊判斷並選擇相鄰若干個高剩餘能量節點中的任一個作為當前節點的下一跳，如此重複，直到信息傳送到簇頭節點；每個節點在此過程中記憶自己的路由信息，在重新選擇簇頭節點之前維持自己一直按照記憶中的路由進行信息的傳送；步驟4).簇頭的信息融合每個簇頭節點在採集到一定數據包以後將根據模糊推理對數據進行融合計算數據的算術平均值，丟棄偏差太大的不合理數據；
4
步驟幻.簇頭間的多跳路由簇頭節點以多跳的方式將數據包發送給匯聚節點， 簇間多跳路由採用與簇內路由類似的模糊控制方式，在向著匯聚節點方向上模糊判斷並選擇相鄰若干個高剩餘能量簇頭節點中的任一個作為當前簇頭節點的下一跳，如此重複，直到信息傳送到匯聚節點；每個簇頭節點在此過程中記憶自己的路由信息，在優化簇間多跳路由之前維持自己一直按照記憶中的路由進行信息的傳送；第三階段，簇的重構步驟6).簇的重構簇的重構由當前簇頭計數觸發開始，當前簇頭在本簇範圍內經過兩次模糊判斷，選擇高剩餘能量節點中的任一個節點作為新的簇頭節點，新舊兩個簇頭節點交換標籤號，完成透明的簇的重構過程；步驟7).簇間多跳路由優化在一個簇內，簇的重構次數超過閾值，就根據靜態簇頭標籤表，通知各個簇頭對簇間多跳路由進行優化；綜上所述，在匯聚節點引導網絡完成初始化後，網絡就開始了完全自組織運行，即在上行傳輸的過程中不斷實現簇的重構，完成數據的準確採集和高效路由。所述簇的重構簇的重構由當前簇頭計數觸發開始，當前簇頭在自己的寄存器中記錄自己發送的數據包數目，當發送的數據包數目達到已設定的閾值，並且當前簇頭不處於簇間多跳路由中的忙碌狀態，當前簇頭節點就向簇內洪泛簇頭更新消息，觸發簇的重構， 同時當前簇頭節點在其所在的簇間多跳路由上洪泛消息，阻止其它簇立即進程重構。當前簇頭選擇高剩餘能量的一個節點作為新簇頭，新舊兩個簇頭節點交換標籤號。新簇頭繼承舊簇頭的靜態簇頭標籤表。所述簇間多跳路由優化簇間多跳路由上的各個簇記錄自己進行簇頭更換的次數，當簇頭更換次數超過閾值時，該簇頭以洪泛的方式向靜態簇頭標籤表中的各個簇頭髮送信息，通知各個簇頭啟動優化所在的簇間多跳路由，並將各自記錄的簇頭更換次數清零。有益效果本發明所述基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法中，引入模糊數學基本原理，綜合考慮節點的剩餘能量和相互距離關係，實現特定目標環境下數據的準確採集和高效傳輸，具有速度快、能耗低、可靠性強的特點。同時，本發明採用異步簇頭選擇模式和靜態簇頭標籤表，使用上行路由對目標環境實施自組織、低能耗的數據捕獲。具體來說，本發明所述的路由協議具有如下的有益效果(1)本發明所述基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法在簇內路由、簇頭數據融合、簇頭節點間路由和簇頭選擇階段引入模糊控制方法，以經驗性、直觀性的準則實現高速、可靠、低能耗的路由選擇。使用模糊控制是所述協議最大特點，從協議整體架構上提升了路由和能量管理的高效性、自組織特性。(2)所述路由方法實現了簇頭節點均勻分布。基於模糊控制，在以匯聚節點為圓心，不同的模糊距離為半徑的各圓環內生成簇頭節點，半徑越大的圓環內簇頭節點越多。這避免簇頭節點分布在同一片區域，有利於網絡能量平衡。(3)本發明所述路由方法使用分布式的異步簇頭選擇，省去匯聚節點下行路由控制信息，極大提高了網絡自組織性，節省能量，實現數據傳送不因簇重構而間斷。(4)所述方法中簇頭節點更換操作對外透明。新簇頭節點代替舊簇頭節點後，將彼此標籤信息賦值給對方，並覆蓋各自原有標籤信息。這維護了靜態簇頭標籤表的存在價值， 有利於節省能量，提高網絡自組織特性。
(5)所述路由方法在簇重構階段，簇頭只在本簇內洪泛信息，而不是全局性地廣播。這縮小了通信範圍，利於節省能量和能量平衡。(6)本發明所述方法中採用簇頭節點間多跳路由方式，比單跳協議更能平衡網絡能量損耗。(7)所述路由協議使用靜態簇頭標籤表，基於觸發的方式對簇間多跳路由進行優化重組，最大程度上保證簇頭節點網絡的能量損耗平衡和最佳路由。(8)本發明在本簇內誕生新的簇頭節點，減少全局範圍簇頭競爭的能量損耗。此外，由於新簇頭和舊簇頭實際位置很靠近，保持了簇頭節點原有的均勻分布特性，保證新的簇間多跳路由是一條優秀路由。
圖1是基於模糊控制的簇頭節點生成示意圖。圖2是基於模糊控制的簇內路由示意圖。圖3是當前簇頭準備啟動簇頭更換示意圖。圖4是簇頭處於Busy狀態示意圖。圖5是基於模糊控制的簇頭更換示意圖。圖6是計數觸發進行簇間多跳路由優化示意圖。圖7是優化後的簇間多跳路由示意圖。
具體實施例方式一、體系結構本發明所述的基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由協議體系結構包括簇頭選擇、簇內網絡、簇頭與匯聚節點網絡。簇頭的選擇是實現協議分層和協議運行的第一步， 區別於其他分簇協議的是本發明使用基於模糊控制的分簇方法。簇內網絡的通信主要是實現信息採集和更換簇頭節點，其特徵是採用基於模糊控制路由方式和分布式簇頭選擇。 簇頭與匯聚節點網絡是由固定的匯聚節點和動態變更的簇頭構成的基於模糊控制的網絡， 上行路徑傳輸採集的數據包，下行路徑只在協議初始階段傳輸一次匯聚節點發送的同步信肩、ο所述基於模糊控制分簇方法考慮了三個方面的問題實現簇頭均勻分布；實現透明的分布式簇頭選擇，使得整個網絡的數據採集不因為簇的重構而中斷；基於靜態簇頭標籤表，實現簇間多跳路由的及時優化調整，避免數據下行傳輸，提高網絡自組織性。二、方法流程1、網絡初始化(1)選擇簇頭啟動匯聚節點，匯聚節點向整個網絡廣播自己的標籤信息，並通告自己是匯聚節點。每個節點根據接收的能量大小判斷出自己距離匯聚節點的實際距離。根據實際運用的需求和現場節點的布局情況，並基於模糊數學原則，使得距離匯聚節點越遠的圓環產生越多的簇頭節點，且簇頭節點在圓環內的分布基於距離和能量隨機產生。(2)形成簇
簇頭產生以後，每個簇頭以洪泛方式向整個網絡通告自己已成為「簇頭」，每個無線傳感器節點根據能量與距離關係選擇距離自己最近的簇頭，形成簇結構。與此同時，各個簇頭將記錄其他簇頭的標籤號，形成靜態簇頭標籤表，用於簇間多跳路由重組。本發明所述的基於模糊控制的無線傳感器網絡路由協議中，無線傳感器節點被任意布置到目標環境，匯聚節點被放置在無線傳感器節點群的幾何中心的上。此外，每個節點都以自己的標籤號作為唯一的標識信息。2、上行傳輸簇結構形成以後，網絡開始上行傳輸信息，上行傳輸包括三個階段(1)簇內路由，(2)簇頭的信息融合(3)簇間多跳路由(1)簇內路由簇內的節點動態採集目標環境信息後，基於模糊推理、節點剩餘能量和節點距離關係，選擇一條最優路徑將數據向著簇頭節點方向傳輸，直到傳送給簇頭節點。簇內路由在簇重構之前保持不變。(2)簇頭的信息融合每個簇頭節點在採集到一定數據包以後基於模糊控制對數據進行融合。簇頭節點接收簇內網絡傳送過來的數據包，對接收數據進行模糊判斷，保存符合條件的數據，等待接收其他數據包，直到接收的數據包的數目超過特定閾值。然後簇頭節點把計算融合後的數據以多跳方式發送給匯聚節點。簇頭節點按以上方式循環運作，實現數據的採集和數據融合。(3)簇間多跳路由簇頭節點完成信息融合後，以多跳方式發送數據包給匯聚節點。當前簇頭節點基於節點剩餘能量和節點距離關係，選擇一條最優路徑將數據向著匯聚節點方向傳輸，直到傳送給匯聚節點。每個簇頭節點在路由過程中記憶自己的數據包所經過的簇頭節點標籤號，並維持自己的傳輸路徑不變，直至接收到Reset信號，如此循環。簇頭節點接收到Reset 信號後，在靜態簇頭標籤表範圍內重新開始採用與簇內路由類似的模糊選擇方式進行優化簇間多跳路由。所述Reset信號為簇的重構次數達到閾值時當前簇頭節點所產生的信號。3、簇的重構(1)所述協議中每個簇頭記錄自己發送的數據包數目，在達到閾值時觸發判斷簇頭是否處於簇間多跳路由中的忙碌狀態。(2)若當前簇頭節點不在忙碌狀態，就通知本簇內的各個節點進行簇的重構。並禁止當前簇間多跳路由上的其它簇在這同一時間段進行重構。(3)若當前簇頭節點處於忙碌狀態，則進入等待。本發明所述協議中簇的重構過程完成在本簇內重新選擇簇頭。下面對附圖本發明的某些實施例作更詳細的描述。1、網絡初始化(1)選擇簇頭啟動匯聚節點並向整個網絡廣播自己的標籤號，通告自己是「匯聚節點」。每個節點在接收到匯聚節點廣播信息以後，根據接收的能量大小判斷出自己距離匯聚節點的實際距離。根據實際運用的需求和現場節點的布局情況，並基於模糊數學方法，將無線傳感器節點到匯聚節點的距離劃分成「很近」、「近」、「遠」、「很遠」若干個模糊集元素；將每個距離區間應該存在的簇頭節點數劃分成「很少」、「少」、「多」、「很多」若干模糊集元素。由此確定處於「很近」區間的節點中有「很少，，個簇頭節點，處於「近」區間的節點中有「少，，個簇頭節點，以此類推，圖1為簇頭分布示意圖。每個模糊區間的簇頭數量確定以後，其簇頭按照基於節點剩餘能量和節點相互距離關係的隨機方式來產生。如圖1所示，模糊控制使得無線傳感器網絡中的簇頭節點至少被分配在了「很近」、「近」、「遠」、「很遠」若干模糊的距離區間上，實現均勻分布，避免簇頭節點分布在同一片區域的可能性，對延長無線傳感器網絡壽命有積極作用。(2)簇的形成簇頭產生後，每個簇頭以洪泛的方式向整個網絡通告自己已成為「簇頭」，每個無線傳感器節點根據接收到的簇頭信息，根據能量與距離關係選擇距離自己最近的簇頭，成為其下行節點，從而形成簇結構。與此同時，各個簇頭將記錄其他簇頭的標籤號信息，形成靜態簇頭標籤表，以方便簇間多跳路由進行重組。本發明所述的基於模糊控制的無線傳感器網絡路由協議具有自組織特性，允許將無線傳感器節點任意布置到目標環境中，並將匯聚節點放置在無線傳感器節點群的幾何中心的位置上。網絡初始化過程完成第一次選擇簇頭和形成簇結構。2、上行傳輸簇結構形成以後，開始上行傳輸過程，具體如下(1)簇內路由各個簇內的無線傳感器節點動態採集目標環境的相關信息後，基於模糊推理、節點剩餘能量和節點距離關係，選擇一條最優路徑將數據向著簇頭節點方向傳輸，直到傳送給簇頭節點。具體來講如圖2所示，節點獲取數據後選擇距離自己相對最近的特定個數節點， 比較它們的剩餘能量，並認為剩餘能量大於這幾個節點平均剩餘能量值的節點是模糊集元素「好節點」。隨機選擇任一個「好節點」作為自己的下一跳。在向著簇頭節點的方向上，依次執行這種模糊推理選擇節點下一跳，直至將數據傳送到簇頭節點。每個節點在此過程中記憶自己的路由信息，在重新選擇簇頭節點之前維持自己一直按照記憶中的路由進行信息的傳送。(2)簇頭的信息融合每個簇頭節點在採集到一定數據包以後基於模糊控制對數據進行融合，具體方法如下①簇頭節點接收簇內網絡傳送過來的目標環境信息後，不是立即發送出去而是保存數據，並等待接收其他數據包，直到接收的數據包的數目超過特定閾值。然後簇頭節點計算各個數據包中目標環境信息的算術平均值，並將此算術平均值作為第一輪數據採集的最終數據以多跳方式發送給匯聚節點。②簇頭節點在發送完數據包以後，保存發送出去的目標環境信息的算術平均值W， 並以此算術平均值W為基礎確定模糊集元素的模糊邊界，同時簇頭節點繼續接收簇內節點傳送過來的另一輪數據包。由於目標環境信息往往具有連續性，根據模糊數學的定義和具體實際應用的要求，設定常數a，新一輪接收目標環境數據包時，凡在接收的目標環境信息落在區間_W*a，+W*a上的數據被模糊化為「有效數據」模糊集元素，被簇頭節點保存，否則接收的數據被模糊化為「無效數據」模糊集元素，簇頭節點將直接丟棄次數據包。③轉到步驟②，重複執行。簇頭節點按以上方式循環運作，實現數據的採集和數據融合。基於模糊推理丟棄偏差較大的「無效數據」，確保數據可靠。(3)簇間多跳路由簇間多跳路由具體過程如下①簇頭節點獲取數據後選擇距離自己相對最近的特定個數鄰居簇頭節點，比較它們剩餘能量，隨機選擇剩餘能量大於這幾個節點平均剩餘能量值的任一個節點作為自己的下一跳，這同圖2所示情況類似。②在向著匯聚節點的方向上，依次執行這種模糊推理選擇節點下一跳，直至將數據傳送到匯聚節點。每個簇頭節點在此過程中記憶自己路由經過的簇頭節點標籤號信息， 並維持自己的傳輸路徑不變，直至接收到Reset信號。③簇頭節點接收到Reset信號後，轉到步驟①，重新進行簇間路由選擇，如此循環執行。所述Reset信號為簇的重構次數達到閾值時當前簇頭節點所產生的信號。所述協議中簇間多跳路由在簇頭節點完成信息融合後開始形成，各簇頭節點以多跳方式發送數據包給匯聚節點。簇間多跳路由採用與簇內路由類似的模糊選擇方式，基於節點剩餘能量和節點距離關係，選擇一條最優路徑將數據向著匯聚節點方向傳輸，直到傳送給匯聚節點。3、簇的重構簇的重構具體步驟如下(1)所述協議中每個簇頭在自己的寄存器Reg中記錄自己發送的數據包數目。設發送M個數據包以後，當前簇頭就將自己的Reg清零，並判斷自己是否處於簇間多跳路由中的忙碌狀態Busy。設置標誌Busy避免當前簇頭節點在簇間多跳路由中處於服務狀態時進行簇頭更換操作。(2)如圖3所示，若當前簇頭節點不是處於Busy狀態，當前簇頭節點向簇內洪泛簇頭更新消息，並在當前簇頭節點所在的簇間多跳路由上洪泛消息，通知該路由上各個簇頭將各自的Reg清零，防止引起不必要的連續的簇頭重構。(3)若當前簇頭節點處於Busy狀態，如圖4，當前簇頭節點不會啟動簇頭更新，直到簇頭節點不在Busy狀態。(4)當前簇頭節點啟動更換簇頭節點操作時，先獲取簇內各個節點剩餘能量並計算其算術平均值Avel，根據模糊推理和具體應用要求設定常數b，當簇頭節點能量小於 AveNb時，協議認為簇頭節點能量「太少」，必須更換簇頭，否則不用更換簇頭。(5)若簇頭節點判斷出自己剩餘能量模糊集元素「太少」時，獲取該簇內節點剩餘能量大於Avel的節點群並計算其剩餘能量平均值Ave2，並認為節點剩餘能量大於Ave2時， 其剩餘能量是模糊集元素「能量充足」。然後當前簇頭節點任選一個剩餘能量大於Ave2的節點作為本簇的新簇頭節點。
(6)將新簇頭和舊簇頭的標誌信息標籤號相互賦值給對方，如圖5所示，這確保簇頭節點的更換對簇間多跳路由透明。(7)此外，每個簇在循環執行簇的重構過程中記錄該簇已進行簇頭更換次數 Count。簇內每進行一次簇頭更換，Count變量進行加1操作。當Count超過閾值後，根據靜態簇頭標籤表，向各簇頭洪泛Reset信號，使各簇頭將各自的Count變量歸零，防止網絡在一段時間內連續產生Reset信號，如圖6所示。各簇頭接收到Reset信號後，按照上述簇間多跳路由構建方法重新進行路由選擇。圖7所示為一條優化後的簇間多跳路由協議，從中可看出它與圖6所示原有的簇間多跳路由已經不同。此外，在同一時間點上Reset信號允許產生競爭，因為網絡同時產生一個或多個Reset信號，其作用效果是一樣的。概括地講，簇的重構採用兩級模糊判斷方式，是本發明所述路由協議的重要環節， 在匯聚節點引導網絡完成初始化後，網絡就開始完全自組織運行，即在不斷實現簇的重構基礎上完成數據的準確採集和高效路由。
權利要求
1.一種基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法，其特徵在於採用模糊控制方法對簇頭選擇、簇內路由選擇、簇頭信息融合、簇頭節點間路由選擇進行經驗性和直觀性的控制，所述方法包含的步驟為第一階段，網絡初始化，完成第一次選擇簇頭和形成簇結構步驟1).選擇簇頭啟動匯聚節點，在以匯聚節點為圓心的各個圓環內引導產生均勻分布的簇頭節點；步驟2).簇的形成每個無線傳感器節點根據能量與距離的關係選擇距離自己最近的簇頭，形成簇；第二階段，上行傳輸步驟3).簇內路由簇內節點採集目標環境信息後，在向著簇頭節點方向上模糊判斷並選擇相鄰若干個高剩餘能量節點中的任一個作為當前節點的下一跳，如此重複，直到信息傳送到簇頭節點；每個節點在此過程中記憶自己的路由信息，在重新選擇簇頭節點之前維持自己一直按照記憶中的路由進行信息的傳送；步驟4).簇頭的信息融合每個簇頭節點在採集到一定數據包以後將根據模糊推理對數據進行融合計算數據的算術平均值，丟棄偏差太大的不合理數據；步驟5).簇頭間的多跳路由簇頭節點以多跳的方式將數據包發送給匯聚節點，簇間多跳路由採用與簇內路由類似的模糊控制方式，在向著匯聚節點方向上模糊判斷並選擇相鄰若干個高剩餘能量簇頭節點中的任一個作為當前簇頭節點的下一跳，如此重複，直到信息傳送到匯聚節點；每個簇頭節點在此過程中記憶自己的路由信息，在優化簇間多跳路由之前維持自己一直按照記憶中的路由進行信息的傳送；第三階段，簇的重構步驟6).簇的重構簇的重構由當前簇頭計數觸發開始，當前簇頭在本簇範圍內經過兩次模糊判斷，選擇高剩餘能量節點中的任一個節點作為新的簇頭節點，新舊兩個簇頭節點交換標籤號，完成透明的簇的重構過程；步驟7).簇間多跳路由優化在一個簇內，簇的重構次數超過閾值，就根據靜態簇頭標籤表，通知各個簇頭對簇間多跳路由進行優化；綜上所述，在匯聚節點引導網絡完成初始化後，網絡就開始了完全自組織運行，即在上行傳輸的過程中不斷實現簇的重構，完成數據的準確採集和高效路由。
2.根據權利1所述的基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法，其特徵在於簇的重構簇的重構由當前簇頭計數觸發開始，當前簇頭在自己的寄存器中記錄自己發送的數據包數目，當發送的數據包數目達到已設定的閾值，並且當前簇頭不處於簇間多跳路由中的忙碌狀態，當前簇頭節點就向簇內洪泛簇頭更新消息，觸發簇的重構，同時當前簇頭節點在其所在的簇間多跳路由上洪泛消息，阻止其它簇立即進程重構。當前簇頭選擇高剩餘能量的一個節點作為新簇頭，新舊兩個簇頭節點交換標籤號。新簇頭繼承舊簇頭的靜態簇頭標籤表。
3.根據權利1所述的基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法，其特徵在於簇間多跳路由優化簇間多跳路由上的各個簇記錄自己進行簇頭更換的次數，當簇頭更換次數超過閾值時，該簇頭以洪泛的方式向靜態簇頭標籤表中的各個簇頭髮送信息，通知各個簇頭啟動優化所在的簇間多跳路由，並將各自記錄的簇頭更換次數清零。
全文摘要
本發明給出基於模糊控制的無線傳感器網絡分簇路由方法，使用模糊控制實現對簇頭選擇、簇內路由選擇、簇間路由選擇和簇頭數據融合進行經驗性、直觀性、簡單性和智能性的控制。本發明的分簇方法引入模糊判斷，使得簇頭能均勻分布，避免簇頭分布在同一片區域。此外，本發明使用分布式異步簇頭選擇，簇頭更換對外透明，整個網絡的數據傳輸不因簇的重構而中斷，避免數據下行傳輸和頻繁的簇頭更換；並基於靜態簇頭標籤表對簇間多跳路由進行優化重組，確保了路由低能耗、高效率性能，提高了網路自組織能力。
文檔編號H04W40/02GK102281608SQ201110186280
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者史倢, 嶽文靜, 崔華, 彭婭, 朱起蕊, 李帥, 梁小芮, 章韻, 陳志 , 駱平 申請人:南京郵電大學