基于模糊控制的环形WSN 多跳分簇路由算法

吉林大学学报(信息科学版) ›› 2020, Vol. 38 ›› Issue (4): 467-473.

基于模糊控制的环形WSN 多跳分簇路由算法

张雁东¹，赵宏伟²，王出航³，杨兴旺⁴

1．吉林省教育厅教育科技产业服务中心，长春130022; 2．吉林大学计算机科学与技术学院，长春130012;
3．长春师范大学计算机科学与技术学院，长春130032; 4．长春工业大学计算机科学与工程学院，长春130012

收稿日期:2019-06-12 出版日期:2020-07-24 发布日期:2020-08-13
通讯作者: 王出航( 1976— ) ，女，长春人，长春师范大学副教授，主要从事无线传感器网络和列车通信网络研究，( Tel) 86-15804305285( E-mail) 526213804@ qq． com。 E-mail:526213804@ qq． com
作者简介:张雁东( 1974— ) ，男，长春人，吉林省教育厅副研究员，硕士，主要从事无线传感网络、网络通信技术研究，( Tel) 86-17790098777( E-mail) 973977698@ qq． com; 通讯作者: 王出航( 1976— ) ，女，长春人，长春师范大学副教授，主要从事无线传感器网络和列车通信网络研究，( Tel) 86-15804305285( E-mail) 526213804@ qq． com。
基金资助:
吉林省教育厅“十三五”科学技术基金资助项目( JJKH20181166KJ) ; 吉林省科技发展计划技术攻关基金资助项目( 20190302026GX) ; 吉林省发改委产业技术研究与开发基金资助项目( 2019C054-4)

Fuzzy Logic Control Based Multi-Hop Clustering Ｒouting Algorithm for Ｒing Shaped WSNs

ZHANG Yandong¹，ZHAO Hongwei²，WANG Chuhang³，YANG Xingwang⁴

1． Education Technology Industry Service Center，The Education Department of Jilin Province，Changchun 130022，China;
2． College of Computer Science and Technology，Jilin University，Changchun 130012;
3． College of Computer Science and Technology，Changchun Normal University，Changchun 130032，China;
4． College of Computer Science and Engineering，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China

Received:2019-06-12 Online:2020-07-24 Published:2020-08-13

摘要/Abstract

摘要： 为解决环形无线传感器网络能量空洞和能量最小问题，提出一种基于模糊控制的分簇路由算法FCＲA
( Fuzzy logic control based Clustering Ｒouting Algorithm) 。首先将网络分为宽度相等的环，以每环能耗最小为目标
函数，计算出各环的最优簇数。然后设计簇头选举模糊控制器，其输入为节点剩余能量和到基站距离，输出为
节点成为簇头概率。最后，采用簇间多跳模式进行数据传输，基于节点剩余能量、下一跳距离以及到基站跳数
确定每条传输路径的权重函数，获得最优下一跳中继节点。仿真结果表明FCＲA 能有效减小网络能
耗、延长网络生命周期。

关键词: 环形无线传感器网络, 模糊控制, 最优簇数, 多跳路由

Abstract: In order to solve the problem of energy hole and energy minimization in ring shaped WSNs ( Wireless
Sensor Networks) ，a FCＲA ( Fuzzy logic control based Clustering Ｒouting Algorithm) is proposed． Firstly，the
network is divided into rings with equal width，and the optimal cluster number of each ring is calculated with the
objective function for minimizing the energy consumption of each ring． Secondly，a fuzzy controller is designed to
elect the cluster heads． The input of the fuzzy controller is the residual energy of the node and the distance from
the node to the base station，the output is the probability that the node becomes the cluster head． Finally，the
inter-cluster multi-hop mode is used for data transmission． The weight function of each transmission path is
determined based on the residual energy of the node，the distance of the next hop and the number of hops to the
base station，and the optimal next hop relay node is obtained． The simulation results show that FCＲA can
effectively reduce the network energy consumption and prolong the network lifetime．

Key words: ring shaped wireless sensor networks ( WSNs) , fuzzy logic control, the optimal cluster number, multi-hop routing

中图分类号:

TP393． 11

张雁东, 赵宏伟, 王出航, 杨兴旺. 基于模糊控制的环形WSN 多跳分簇路由算法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2020, 38(4): 467-473.

ZHANG Yandong, ZHAO Hongwei, WANG Chuhang, YANG Xingwang. Fuzzy Logic Control Based Multi-Hop Clustering Ｒouting Algorithm for Ｒing Shaped WSNs[J]. Journal of Jilin University (Information Science Edition), 2020, 38(4): 467-473.

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