本发明属于宽带微功率无线通信，涉及一种结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法。
背景技术：
1、宽带微功率无线通信系统现行的路由协议中，节点上电开机后会持续在信道中接收来自cco节点的中央信标或其余节点的发现信标，随后进行入网流程。此过程中，节点a的发现信标被节点b接收后，节点a会自动成节点b的代理节点，也称为pco节点。在现行的路由协议中，节点只要监听到发现信标，那就会产生一个pco节点，对pco节点的选择并没有约束，这会导致网络中存在大量的pco节点，网络的整体层级也随着变大，网络中数据传输的延迟变高，同时，大量的pco节点也会发送更多的心跳检测报文，造成网络拥塞的同时消耗更多能量，因此需要对路由协议进行优化。
2、现在对无线传感器网络的路由协议研究有许多方法，并各有优劣。首先，平面型的路由协议算法简单、实现难度低，但在网络能耗和延迟方面的表现不理想，只适用于一些对可靠性要求高的应用场景中；层次性的路由协议在网络能耗上表现的更好，网络的寿命更长，但不同的簇头选择策略也会带来不同的效果。其次，基于模糊逻辑的优化方法从全局优化的角度对网络的性能带来提升，但也不利于自组织网络发挥其特点；基于强化学习的优化方法准确性和公平性更高，但是过程更加复杂，花销更大；基于群体智能的优化方案有多种方法，其中灰狼算法决策速度相对较快，也有较高的公平性和准确性，但也存在容易陷入局部最优解的问题。
3、在宽带微功率网络中，组网过程与路由过程同步进行，网络完成组网后，节点间即可通信。这种方法能保证网络在最短时间内投入使用，但网络中的路由路径并不是最佳方案，节点间的通信链路只根据节点收到信标的时间或类型来确定。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，包括以下步骤：
4、s1：计算宽带微功率网络中的最优簇首数目；
5、s2：网络中节点均入网后，选举初始簇首节点，建立初始簇；
6、s3：初始簇首选举完成后，cco构造初始簇首选举成功报文在网络中进行广播，初始簇首节点收到报文后更改自身角色为pco，通知网络中的节点开始重选簇首；
7、s4：当收到重选簇首报文后，初始簇首节点基于融合模糊逻辑的灰狼算法，对簇首进行重选；
8、s5：簇首节点根据下一跳与cco节点的距离和下一跳的链路通信质量两个因素，在网络中选择合适的下一跳中继节点。
9、进一步，步骤s1所述最优簇首数目的计算步骤如下：
10、s11：sta节点的数量为n-k，其每轮的能耗为：
11、esta＝(n-k)l(eelec+εfsdstop2)
12、假设pco节点位于簇的中心点，则一个簇的面积约为a2/k，pco节点的密度为ρ(x，y)＝k/a2，每个簇的半径为sta节点到pco节点的距离平方的期望由极坐标计算得到：
13、
14、得到网络中所有的sta总能耗为：
15、
16、步骤2：每个簇内平均有个节点，即有(n/k-1)个sta节点和一个pco节点，其中，pco节点的能耗情况为：接收(n/k-1)个sta节点和一个pco节点数据消耗的能量，自身采集的数据和接收数据的数据融合和转发所消耗的能量；
17、
18、式中的均值是簇内半径r的2倍，即代入上式得：
19、
20、步骤3：从而得到网络中所有的sta节点和pco节点的总能耗为：
21、
22、步骤4：对上式对k求偏导，并令其等于零，得到最优簇首数目为：
23、
24、进一步，所述初始簇建立阶段包括以下步骤：
25、s21：根据网络中的节点的tei值从小到大对节点进行排序，然后根据所得出的簇首数量将网络均匀的划分为kopt个子集；
26、s22：在每个子集中，选取tei值在中间的节点作为初始簇首。
27、进一步，步骤s4具体包括以下步骤：
28、s41：判断簇内成员个数是否大于3，若是，进入步骤s42，否则进入步骤s43；
29、s42：执行融合模糊逻辑的灰狼算法簇首选举过程，选举出新簇首，随之执行步骤s44；
30、s43：该簇不需要执行重选簇首流程，初始簇首自动转化为正式簇首状态；
31、s44：新簇首向周围节点发送邻居表，告知自身的层级和tei，簇内节点发起代理变更，向cco节点发送代理变更请求报文，收到cco的代理变更确认报文后，完成成簇阶段。
32、进一步，所述融合模糊逻辑的灰狼算法簇首选举过程，在每个簇内执行步骤如下：
33、s421：初始化灰狼种群，即sta/pco节点，初始化常数a、c，设置最大迭代次数；
34、s422：cco下发重选簇首命令，根据以下公式更新节点位置：
35、x(t+1)＝xp(t)-a·d
36、s423：每个节点计算自身适应度函数值，并选取簇内适应度函数最高的三个节点作为α狼，β狼，δ狼，并根据以下公式计算猎物位置：
37、xα(t+1)＝xα(t)-a1·dα
38、xβ(t+1)＝xβ(t)-a2·dβ
39、xδ(t+1)＝xδ(t)-a3·dδ
40、
41、s424：判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止循环，输出猎物位置，否则继续循环；
42、设计以下决策变量，用于在模糊逻辑系统中进行推理：
43、(1)剩余能量
44、
45、其中e0为节点初始能量，ei为节点当前能量；
46、(2)与cco节点的距离
47、
48、式中x、y、xc和yc分别代表节点与cco节点的横纵坐标；
49、(3)节点连接度
50、定义节点连接度为该节点一跳可达的邻节点个数，设：
51、
52、则节点连接度为：
53、
54、簇头重选中选择剩余能量、与cco距离和节点连接度作为输入变量，适应度排名为输出变量；从剩余能量、与cco距离和节点连接度三个变量建立规则库，剩余能量越多、与cco距离越近、节点连接度越密集，节点成为簇头的适应度排序就越高；
55、输入输出变量在经过模糊逻辑推理过程后，得到模糊量，通过去模糊化操作得到有效的实际输出量。
56、进一步，步骤s5具体包括以下步骤：
57、(1)在簇首重选成功后，cco节点下发簇间路由选择通知报文；
58、(2)正式簇首节点收到报文后，进入簇间路由选择流程，其余成员节点则进入休眠状态节约能量；
59、(3)簇首节点根据下式选择自己的下一跳节点：
60、
61、式中，lcqj表示节点i与下一跳候选节点j通信的链路通信质量(linkcommunication quality，lcq)，lcqi表示节点i与cco节点的链路通信质量，α和β是系数因子，d(pcoi，cco)表示pco节点i与cco节点间的距离，d(pcoj，cco)表示下一跳候选pco节点j与cco节点间的距离；
62、(4)向选出的中转簇头节点发送簇间路由选择请求报文，收到回复报文后，路径确认。
63、本发明的有益效果在于：本发明结合基于模糊逻辑和灰狼优化算法，得出一种优化的宽带微功率系统路由协议，能够在pco节点数目减少的情况下正常组网，并且降低网络延迟，减少网络节点的能耗，延长网络生存周期。
64、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：步骤s1所述最优簇首数目的计算步骤如下：
3.根据权利要求1所述的结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：所述初始簇建立阶段包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：步骤s4具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：所述融合模糊逻辑的灰狼算法簇首选举过程，在每个簇内执行步骤如下：
6.根据权利要求1所述的结合模糊逻辑思想与灰狼算法的宽带微功率网络簇头重选方法，其特征在于：步骤s5具体包括以下步骤：
