水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的多跳分簇融合路由的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)提供了一種多跳分簇融合路由(MLP-GEEMHCR)。本路由充分考慮到水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)變化緩慢，甚至兒個小時都沒有變化，直接傳輸帶來網(wǎng)絡能量消耗；另外，同一區(qū)域水環(huán)境可能被多個節(jié)點監(jiān)測，帶來數(shù)據(jù)冗余；并結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)所提出來的。步驟為：簇的劃分；簇頭的選??；路由的建立；路由表的維護；數(shù)據(jù)的融合。優(yōu)點：結(jié)合了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，處理了冗余的數(shù)據(jù)，再選擇了合適路徑進行傳輸，節(jié)省了大量能量，增強網(wǎng)絡生命周期；從節(jié)點的存活量、網(wǎng)絡的整體能耗以及基站接收的數(shù)據(jù)量三個方面比較分析，MLP-GEEMHCR算法都優(yōu)于GEEMHCR算法。該算法主要用于無線傳感網(wǎng)絡路由控制領域。
【專利說明】水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的多跳分簇融合路由
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是在水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中的一種分簇融合路由。屬于無線傳感網(wǎng)絡路由控制領域。
【背景技術(shù)】
[0002]水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)將大量采集水環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點布置到監(jiān)測水域，節(jié)點通過自組織形成一個無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)對區(qū)域水環(huán)境實時在線監(jiān)測，這為水環(huán)境監(jiān)測提供了新的手段。水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中，傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)需要選擇合適的路徑傳輸，即路由協(xié)議。無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中的路由協(xié)議不同于無線網(wǎng)絡中的路由協(xié)議，前者受能量限制，后者則沒有。因此，針對水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)量大，且變化緩慢特點，設計節(jié)能有效的路由協(xié)議顯得尤為重要。[0003]水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中，主要集中在水下聲波通信路由協(xié)議研究，對于水面區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡的路由協(xié)議研究較少。有學者提出一種適合于海洋環(huán)境的節(jié)省能量的路由協(xié)議，該協(xié)議主要集中在能量分配上，但網(wǎng)絡生命周期方面無明顯改善；有學者將LEACH應用于水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)中，基于理想的簇首出現(xiàn)頻率，提出簇首期望頻率的LEACH路由協(xié)議，該協(xié)議通過合理選定簇首方法，到達降低能耗的作用，其可操作性、降低能耗方面非常有限。還有學者結(jié)合水環(huán)境無線監(jiān)測數(shù)據(jù)特點，提出一種基于LEACH的水環(huán)境無線能量控制路由，該路由采用逐次選擇的方式選擇簇首，進而提高了系統(tǒng)的生存周期，逐次選擇簇首也需要大量時間及能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]考慮到水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)變化緩慢，甚至兒個小時都沒有變化，直接傳輸帶來網(wǎng)絡能量消耗；另外，同一區(qū)域水環(huán)境可能被多個節(jié)點監(jiān)測，帶來數(shù)據(jù)冗余。如果通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將這些冗余數(shù)據(jù)融合處理后，再選擇合適路徑進行傳輸，將節(jié)省大量能量，增強網(wǎng)絡生命周期?；谶@個思想，本發(fā)明利用多層感知器(MLP)對數(shù)據(jù)進行融合處理，提出一種多跳分簇融合路由(MLP-GEEMHCR)。本發(fā)明是在GEEMHCR路由的基礎上，增加數(shù)據(jù)融合階段，即MLP-GEEMHCR路由實施由初始化階段、穩(wěn)定階段和數(shù)據(jù)融合階段組成，前兩個階段與GEEMHCR路由相同。具體如下:
[0005]1.簇的劃分:首先在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)建立直角坐標系，然后對監(jiān)測區(qū)域進行分簇。由無線電模型可知，傳感器節(jié)點發(fā)送k bit數(shù)據(jù)的能量消耗Esmd(k，d)如公式(I)所示:
[0006]Esend(k, d) =Es elec (k) +Eamp (k, d) =KEelec+k ε ampd4(I)
[0007]其中，Eele。是發(fā)送電路和接收電路處理Ibit數(shù)據(jù)消耗的能量，d是信號傳輸距離，k是要發(fā)送的數(shù)據(jù)bit, ε amp是信號放大的放大倍數(shù)，ε _= ε fs=0.0013pJ / bit / m4。
[0008]傳感器節(jié)點接收k bit數(shù)據(jù)的能量消耗Eieeeive(k)如公式⑵所示:
[0009]Eieceive (k) =Erelec (k) =kEelec(2)
[0010]在LXL的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，由公式(I)、公式(2)和實際監(jiān)測環(huán)境推導得出最優(yōu)分簇數(shù)目HVt的計算方法如公式(3)所示。
【權(quán)利要求】
1.一種水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的多跳分簇融合路由(MLP-GEEMHCR)，其特征在于:在GEEMHCR路由的基礎上，增加數(shù)據(jù)融合階段，即MLP-GEEMHCR路由實施由初始化階段、穩(wěn)定階段和數(shù)據(jù)融合階段組成；MLP-GEEMHCR路由從節(jié)點的存活量、網(wǎng)絡的整體能耗以及基站接收的數(shù)據(jù)量三個方面都優(yōu)于GEEMHCR路由。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的多跳分簇融合路由(MLP-GEEMHCR)，其特征在于:初始化階段主要完成分簇、簇頭的選取和建立路由工作；穩(wěn)定階段主要是進行路由的維護；數(shù)據(jù)融合階段，充分考慮到水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)變化緩慢，甚至兒個小時都沒有變化，直接傳輸帶來網(wǎng)絡能量消耗；另外，同一區(qū)域水環(huán)境可能被多個節(jié)點監(jiān)測，帶來數(shù)據(jù)冗余；通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，處理冗余數(shù)據(jù)，再選擇合適路徑進行傳輸，將節(jié)省大量能量，增強網(wǎng)絡生命周期；具體步驟如下: (I)MLP-GEEMHCR路由的初始化階段和穩(wěn)定階段與GEEMHCR路由相同； (2數(shù)據(jù)融合階段:考慮到水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)特點，采用多層感知器(MLP)進行數(shù)據(jù)融合處理。MLP是一種典型的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡，由一個輸入層，若干個隱含層和一個輸出層構(gòu)成； ①輸入層和第一隱含層:簇成員節(jié)點屬于輸入層和第一隱含層；設每個簇內(nèi)有η個節(jié)點，分別監(jiān)測PH值、溫度、溶解氧、鹽度等m種水質(zhì)參數(shù)；則該感知器模型的輸入層節(jié)點數(shù)為nXm,第一隱含層的節(jié)點數(shù)也為nXm ; ②第二隱含層和輸出層:簇頭節(jié)點屬于第二隱含層和輸出層；第二隱含層的神經(jīng)兀個數(shù)k和輸出層的神經(jīng)元個數(shù)Y與簇內(nèi)成員節(jié)點個數(shù)η無關(guān)，可視實際情況而定； 輸入層和第一隱含層間、第一隱含層與第二隱含層之間并沒有米用全連接，其作用是按數(shù)據(jù)的類型進行融合處理；第二隱含層和輸出層之間采用的是全連接的方式，這個過程是將不同類型的數(shù)據(jù)進行綜合處理。
【文檔編號】H04W40/20GK103686925SQ201310611085
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】林志貴, 李敏, 劉英平, 孟德軍, 張彩霞 申請人:天津工業(yè)大學