用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法
2023-05-11 16:43:06
專利名稱：用Hopfield 神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法
技術領域：
本發明涉及一種對無線傳感器網絡進行分簇的方法，特別涉及一種用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法，屬於無線傳感器網絡技術領域。
背景技術：
無線傳感器網絡(WSN)是由部署在監測區內的大量廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的、自組織的網絡系統，其目的是協作的感知、採集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，並送給觀察者。相對與目前常見無線網絡(包括移動通信網，無線區域網、藍牙網絡、Ad hoc網絡等)，無線傳感器網絡具有硬體資源有限。電源容量有限，無中心，自組織，多跳路由，動態拓撲，節點數量眾多，分布密集的特點。無線傳感器網絡在空間探索，軍事偵查，環境檢測，醫療監護，農業養殖及商業應用等領域具有廣闊的應用前景。無線傳感器網絡由一系列用電池供電的節點構成，並且每個傳感器節點通常都是不可替代的，當能量消耗殆盡，這個節點就停止了通信功能，WSN是一個不可循環能量有限的網絡。因此採用有效的協議與算法來提高整體能源效率是一個非常關鍵的問題。研究人員已經提出了許多針對無線傳感器網絡的路由協議，可以從不同的角度對它們進行分類。到目前為止，仍缺乏一個完整和清晰的路由協議分類。分簇算法是一個管理網絡能量的有效方法，它能讓這樣一個網絡降低消耗，使能源得到更高效地利用。分簇的方法的思想是由一個簇頭來管理本地的傳感器節點，簇頭節點負責管理本集群並負責集群和基站之間的通信。Heinzelman W B等於2000年在第33屆夏威夷「系統科學國際會議」上提出了LEACH協議(分簇路由協議)，並於2002年在IEEE無線通信學報第660頁至670頁的文獻《An Application-specific Protocol Architecture for Wireless MicrosensorNetworks》中做了詳細的論述。作為無線傳感器網絡設計的第一個層次型拓撲組織算法，該算法具有一定的典型性，在其基礎上發展而來了許多的層次型拓撲組織算法。。LEACH協議是也第一個關於聚簇的協議。「輪」的概念在此進行了定義，一輪由初始化階段和穩定工作階段構成，在每一輪的初始化階段聚類首領都需重新進行設定，沒有當過簇頭的節點才具有被當選簇頭的機會，選取原則:傳感器節點生成0，I之間的隨機數，如果小於閾值，則選該節點為簇頭。一旦簇頭選定，它們主動向所有節點廣播這一消息，節點根據最小能量的原則選擇屬於哪個簇，並按照時分復用時隙向簇頭髮送數據。但是在LEACH協議中，傳感器網絡單純以概率的方式產生簇頭，未考慮節點剩餘能量對節點地位的影響，這就面臨剩餘能量低的節點也可以當選為簇頭，這就會加速能量低的節點的死亡，大大縮短整個網絡的生命周期。另外，當網絡通信較差時，一些節點需要與簇頭之間建立長距離通信。在這種情況下，當通過一個長距離的通信與簇頭節點傳輸信息時，這些節點需要消耗大量的能量。
發明內容
為了克服現有技術存在的缺陷和不足，本發明提供了一種用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法。本發明的技術方案如下:一種用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法，首先建立無線傳感器網絡系統模型:該模型所擁有的屬性為:(1)每個節點都執行傳感任務且總是定時地將數據發送給基站；(2)固定基站既可以位於傳感器網絡內部又可以位於傳感器網絡外部；(3)所有節點是固定的並且是受能源約束的；(4)節點具有控制他們的功率能力來改變其傳輸功率；(5)所有節點都能夠運行在簇頭模式和傳感器節點模式；發射機消耗能量來運行無線電電子設備和功率放大器，同時接收器也需要消耗能量來運行無線電設備，對無線電進行功率控制，使其可以消耗最低的能量將所需要信息傳輸到預期的接收端，為了將發送距離為Cltl的λ比特的一條消息所需要的信噪比控制在可接受的範圍內，所需的能量表示為Ετχ( λ，d),可由公式(I)給出:
權利要求
1.一種用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法，首先建立無線傳感器網絡系統模型: 該模型所擁有的屬性為: (1)每個節點都執行傳感任務且總是定時地將數據發送給基站； (2)固定基站既可以位於傳感器網絡內部又可以位於傳感器網絡外部； (3)所有節點是固定的並且是受能源約束的； (4)節點具有控制他們的功率能力來改變其傳輸功率； (5)所有節點都能夠運行在簇頭模式和傳感器節點模式； 發射機消耗能量來運行無線電電子設備和功率放大器，同時接收器也需要消耗能量來運行無線電設備，對無線電進行功率控制，使其消耗最低的能量將所需要信息傳輸到預期的接收端，為了將發送距離為Cl0的λ比特的一條消息所需要的信噪比控制在可接受的範圍內，所需的能量表示為Ετχ( λ，d),可由公式(I)給出:
全文摘要
用Hopfield神經網絡對無線傳感器網絡分簇的方法，屬於無線傳感器網絡技術領域。針對LEACH協議的不足予以改進，使各個簇頭的分布與各節點的能量消耗得到均衡，並將此分簇協議建模為組合優化問題。本發明對傳統Hopfield神經網絡局部極值問題和固定步長問題予以改進，提出了動態步長混沌Hopfield神經網絡,命名為DSC-HNN。並用DSC-HNN實現了最佳簇頭選擇問題，此方法可以有效地實現協議的原理，延緩了節點的死亡時間，使無線傳感器網絡的生命周期得到最大化，延長了網絡的生命周期。
文檔編號H04W84/18GK103167578SQ20131011299
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者江銘炎, 楊敏 申請人:山東大學