基于无监督聚类的WSN最优路由方法设计

收稿日期： ２０１７⁃１２⁃０１ 作者简介： 王娜娜（１９８０⁃） ，女 ，山西长治人，讲师，硕士．
·５４· 兰 州 工 业 学 院 学 报 第 ２５ 卷 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
式中，网络区域的宽度表示为 Ｈ ； 传感器节点与
Ｓｉｎｋ 节点之间的距离表示为 ｄｔｏｓｉｎｋ ；网络区域中的 节点数表示为 Ｎ ．
算法 １ 基于无监督聚类的并行分簇算法．
初始化： Ｎ ， ｄｔｏｓｉｎｋ ， Ｈ ， εｆｍｐ ， εａｍｐ ． 步骤 １：根据公式（１）来计算网络的总分簇数．
１ 问题描述
本文要解决的问题是建立 ＷＳＮ 的网络区域， 同时通过对网络进行合理组织，设计出从源节点出 发到目标节点的最优路径． 在该网络中，假设各节 点具有相似的存储、处理和通信能力，并采用电池 供电，能量无法持续供应，节点的通信功率可调，收 发节点可以通过调节发射功率来确定传输距离，节 点未安装任何 ＧＰＳ 定位设备，但可以通过一定定 位算法来对自身位置进行估计．一种可行的基于无 监督的 Ｋ 均值网络分簇算法得到的网络的分区如 图 １ 所示．
目前，对 ＷＳＮ 的路由协议设计的主要工作侧 重在路径规划、数据融合和网络拥塞控制上． 文献 ［３］ 提出了一种高能效路由协议 ＵＣＰＯ，该协议根 据最佳簇头个数划分区域，综合考虑簇内能量消耗
和节点剩余 能 量 以 选 择 簇 投， 实 现 数 据 的 多 跳 传 输，并通过实验表明了改进的协议能减少网络能耗 和延长网络生存周期．文献［４］ 提出了一种基于最 小跳数的分簇路由协议，根据邻结点的广播信息计 算最小跳数，在下一跳结点的选择中考虑了候选结 点到基站的最小跳数、节点能量以及节点和基站的 距离，从而提高路由效率． 文献［ ５］ 提出了一种兼顾 拥塞避免和能量均衡的路由算法，利用网络模型建 立节点之间的多条路径，并通过建立虚拟网络确定 网络模型，通过路径更新均衡能耗和避免拥塞． 文 献［６］ 提出了一种能耗均衡 的 ＷＳＮ 分 簇 路 由 算 法，采用自组织网络和 Ｋ 均值算法来对位置相邻 以及能量级别相同的结点自组织成簇．文献［７］ 提 出了一种改进的蚁群算法，并将其应用于 ＷＳＮ 网 络路由中．该算法在状态转移概率公式中引入罚函 数和动态权重因子，采用局部信息素和全局信息素 结合来更新路径信息，充分考虑节点之间的传输距 离，并考虑了结点的剩余能量． 本文提出一种能提 高网络生命周期的路径规划方法．
０ 引言
无 线 传 感 器 网 络 （ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ， ＷＳＮ） 作为一种集成了分布式计算、网络协议、数 据库处理、信号处理、微电子技术等多种技术于一 体的领域，目前已经受到学术领域和工业界的广泛 关注［１⁃２］ ．由于 ＷＳＮ 中的节点采用自组织的方式， 节点之间通过相互合作的方式，将自己采集的数据 通过连接的网络发送到 Ｓｉｎｋ 节点． 在 ＷＳＮ 初始部 署的过程中，对于一些环境恶劣和无人能及的环 境，网络中的节点通常是通过无人机来随机布撒， 因此节电能量往往无法得到及时补充．为了尽量延 长网络的生存周பைடு நூலகம்，需要进一步减少网络的能量总 消耗，即对网络的路由进行更好的设计，即设计 １ 条从发送数据的源节点到目标节点的最优路径．
文章编号：１００９－ ２２６９（ ２０１８） ０２－ ００５３－ ０４
基于无监督聚类的 ＷＳＮ 最优路由方法设计
王娜娜
（ 山西警察学院 网络安全保卫系，山西 太原 ０３０４０１）
摘要：为了解决无线传感器网络中在设计最优路由时无法兼顾提高网络生命周期的问题，提出了 一种基于无监督聚类的 ＷＳＮ 的最短路由设计方法．首先，提出了基于 Ｋ⁃ｍｅａｎｓ 算法对整个网络 进行无监督聚类，并将聚类作为网络的分簇，而聚类中心作为簇头节点；在此基础上，提出了一种 基于分簇的簇头到 Ｓｉｎｋ 节点的路由算法，寻找出从各簇头到 Ｓｉｎｋ 节点的最优路由，当簇头的剩 余能量低于阈值时，启动所在簇成员节点中与其距离最短同时剩余能量最高的节点作为新的簇 头节点，在 ＮＳ２ 仿真环境下，对网络生命周期和数据包传输量进行了仿真．结果表明文中方法较 其他方法具有较好的负载均衡性能、网络生命周期以及数据包总传输量． 关键词：无监督聚类；最短路由；生命周期；传感器 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标志码：Ａ
第 ２５ 卷 第 ２ 期
２０１８ 年 ４ 月
兰州工业学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ������ ２ Ａｐｒ．２０１８
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