基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法及系统与流程

本发明涉及无线传感器网络的技术领域，尤其涉及基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法及系统。

背景技术

无线网络可分为两种。一种是有基础设施的网络，需要固定基站，比如手机通信这种无线蜂窝网就需要高大的天线和大功率基站来支持；一种是无基础设施网包括移动adhoc网络和无线传感器网络(wsn)，这种网络节点是分布式的没有固定基站。无线传感器网络的官方定义是wsn是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。传感器节点分布在监测区域，通过自组织的方式构成网络，传感器节点对对探测信息进行初步处理后将以多跳中继的方式传送给汇聚节点，然后再通过卫星、互联网等途径将信息传给管理节点也就是终端用户。终端用户也可通过管理节点对传感器网络进行管理和配置，比如发布监测任务等。

传感器网络是集成了监测、控制和无线通信的网络系统，节点数目很庞大，而且节点分布密集容易受环境和能量耗尽的影响。传感器网络节点更加容易出现故障，由于有节点出现故障或者新加入节点因此网络拓扑结构是不断变化的，通常情况下传感器节点是固定不动的。

现有技术的无线传感器网络容易受到能量耗尽的影响，影响网络工作性能和稳定性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法及系统，旨在解决现有技术的无线传感器网络容易受到能量耗尽的影响，影响网络工作性能和稳定性的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法，包括：

获取步骤，接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息；

选择簇头步骤，根据每个节点的位置信息，获取每个节点分别与基站的距离；根据每个节点的剩余能量信息及其与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点；

关联步骤，根据每个节点和簇头节点的位置信息，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联；

选择中继步骤，对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点；既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点；

建立步骤，建立包含时间表的通信规则；所述通信规则包括：簇头节点接收由普通节点发送的数据并进行融合，然后将融合后的数据发送到中继节点，中继节点将融合后的数据发送到基站。

在上述实施例的基础上，优选的，所述选择中继步骤，具体为：

对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点和一个备用中继节点；所述备用中继节点在中继节点的剩余能量低于预定值时替代中继节点。

在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括：

统计步骤，统计簇头节点和中继节点的剩余能量信息的变化，预测簇头节点和中继节点的失效时间。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括：

修正步骤，根据预测出的簇头节点和中继节点的失效时间，对簇头节点和中继节点的选择进行修正。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述时间表用来分配普通节点与簇头节点以及簇头节点与中继节点之间的通信间隙。

一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类系统，包括：

获取模块，用于接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息；

选择簇头模块，用于根据每个节点的位置信息，获取每个节点分别与基站的距离；根据每个节点的剩余能量信息及其与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点；

关联模块，用于根据每个节点和簇头节点的位置信息，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联；

选择中继模块，用于对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点；既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点；

建立模块，用于建立包含时间表的通信规则；所述通信规则包括：簇头节点接收由普通节点发送的数据并进行融合，然后将融合后的数据发送到中继节点，中继节点将融合后的数据发送到基站。

在上述实施例的基础上，优选的，所述选择中继模块用于：

对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点和一个备用中继节点；所述备用中继节点在中继节点的剩余能量低于预定值时替代中继节点。

在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括：

统计模块，用于统计簇头节点和中继节点的剩余能量信息的变化，预测簇头节点和中继节点的失效时间。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括：

修正模块，用于根据预测出的簇头节点和中继节点的失效时间，对簇头节点和中继节点的选择进行修正。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述时间表用来分配普通节点与簇头节点以及簇头节点与中继节点之间的通信间隙。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法及系统，接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息，获取每个节点分别与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联，再对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点，既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点，建立包含时间表的通信规则。本发明的无线传感器网络在进行簇头节点和中继节点的选择时考虑到了剩余能量和距离的影响，而且每个簇头节点对应一个中继节点，因此中继节点的合理选择减轻了能量耗尽的影响，从而有效提升了网络工作性能和稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明实施例提供的一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

具体实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法，包括：

获取步骤s101，接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息；

选择簇头步骤s102，根据每个节点的位置信息，获取每个节点分别与基站的距离；根据每个节点的剩余能量信息及其与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点；

关联步骤s103，根据每个节点和簇头节点的位置信息，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联；

选择中继步骤s104，对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点；既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点；

建立步骤s105，建立包含时间表的通信规则；所述通信规则包括：簇头节点接收由普通节点发送的数据并进行融合，然后将融合后的数据发送到中继节点，中继节点将融合后的数据发送到基站。

本发明实施例接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息，获取每个节点分别与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联，再对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点，既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点，建立包含时间表的通信规则。本发明实施例中，无线传感器网络在进行簇头节点和中继节点的选择时考虑到了剩余能量和距离的影响，而且每个簇头节点对应一个中继节点，因此中继节点的合理选择减轻了能量耗尽的影响，从而有效提升了网络工作性能和稳定性。

优选的，所述选择中继步骤s104，可以具体为：对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点和一个备用中继节点；所述备用中继节点在中继节点的剩余能量低于预定值时替代中继节点。这样做的好处是，设置备用中继节点用于接替中继节点的工作，避免中继节点能量不足时影响数据传输及时完成的情况。

优选的，本发明实施例还可以包括：统计步骤，统计簇头节点和中继节点的剩余能量信息的变化，预测簇头节点和中继节点的失效时间。这样做的好处是，能够提前根据剩余能量信息的变化，预测簇头节点和中继节点的失效时间，方便用户提前做准备，提高网络的安全性，减少数据不能及时传输的情况。

优选的，本发明实施例还可以包括：修正步骤，根据预测出的簇头节点和中继节点的失效时间，对簇头节点和中继节点的选择进行修正。这样做的好处是，能够根据实际应用中的反馈对原本选择的簇头节点和中继节点做调整，例如添加、删除等。

本发明实施例对时间表不做限定，优选的，所述时间表可以用来分配普通节点与簇头节点以及簇头节点与中继节点之间的通信间隙。

在上述的具体实施例一中，提供了基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类方法，与之相对应的，本申请还提供基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类系统。由于系统实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。

具体实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类系统，包括：

获取模块201，用于接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息；

选择簇头模块202，用于根据每个节点的位置信息，获取每个节点分别与基站的距离；根据每个节点的剩余能量信息及其与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点；

关联模块203，用于根据每个节点和簇头节点的位置信息，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联；

选择中继模块204，用于对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点；既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点；

建立模块205，用于建立包含时间表的通信规则；所述通信规则包括：簇头节点接收由普通节点发送的数据并进行融合，然后将融合后的数据发送到中继节点，中继节点将融合后的数据发送到基站。

本发明实施例接收无线传感器网络中每个无线传感器节点发送的剩余能量信息和位置信息，获取每个节点分别与基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出簇头节点，获取每个节点分别与每个簇头节点的距离，确定每个节点加入的簇，将节点及其所在簇的簇头节点进行关联，再对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点，既非簇头节点又非中继节点的节点为普通节点，建立包含时间表的通信规则。本发明实施例中，无线传感器网络在进行簇头节点和中继节点的选择时考虑到了剩余能量和距离的影响，而且每个簇头节点对应一个中继节点，因此中继节点的合理选择减轻了能量耗尽的影响，从而有效提升了网络工作性能和稳定性。

优选的，所述选择中继模块204可以用于：对于每个簇，根据每个节点的剩余能量信息及其与关联簇头节点、基站的距离，通过改进粒子群算法从节点中选择出一个中继节点和一个备用中继节点；所述备用中继节点在中继节点的剩余能量低于预定值时替代中继节点。

优选的，本发明实施例还可以包括：统计模块，用于统计簇头节点和中继节点的剩余能量信息的变化，预测簇头节点和中继节点的失效时间。

优选的，本发明实施例还可以包括：修正模块，用于根据预测出的簇头节点和中继节点的失效时间，对簇头节点和中继节点的选择进行修正。

本发明实施例对时间表不做限定，优选的，所述时间表用来分配普通节点与簇头节点以及簇头节点与中继节点之间的通信间隙。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。