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期，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.

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.

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.

  

图1 基于分簇的网络划分

2 能量模型

为了最小化路由传输的总能耗，假设传输单位比特数据所需要接收能量Erec和发送的能量ETx(h,d)为

教学情境是影响教学效果的重要因素。遵循小学生身心发展的特点及教育教学规律，小学数学教学必须在具体的情境中进行，但传统的教学情境的设计仅仅停留在教师口头描述、图片展示等方面，缺乏画面感、生动性和趣味性，不利于学生学习兴趣的激发。教育信息化背景下的小学数学教学，要充分整合和利用多种媒体，创设教学情境，激发学生学习兴趣。如在讲授《图形的运动（三）》这一节内容时，创设如下导入情境：播放学生参加学校文艺演出时的跳舞视频，并提出问题：从视频中你发现了什么？学生很快就发现了视频中的规律，这些人物都是在旋转。这一过程中不仅增加了学生参与的热情，更是通过体验获得关于知识的基本概念，激发了学生学习兴趣。

 

(1)

初始化：N，dtosink，H，εfmp，εamp.

(2)

步骤4：循环执行步骤2～3，直到所有簇头均已查找到目标节点的最短跳数路由.

3 基于K均值的并行分簇算法

为了减少节点分簇所需时间，提出了一种基于K均值算法进行分簇的并行计算，然后再建立基于各分簇进行数据传输的多跳路由.网络的总分簇数可以通过公式(1)来确定.

 

(1)

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.

步骤2：根据步骤1确定的分簇数对网络进行随机分簇，并随机选择k个节点c1,c2,…,ck作为k个分簇的簇头，分簇后的网络可以定义为{C1,C2,…,Ck}.

Erec=h·Eelec,

步骤3：当网络中的簇头i收到来自另一个簇的簇头节点j的Hello数据包时：

步骤1：根据公式(1)来计算网络的总分簇数.

算法1 基于无监督聚类的并行分簇算法.

步骤3：对于网络中的任意节点，均计算其与k个聚类中心的距离，选择与其具有最小距离的聚类作为其所在的簇

 

(5)

其中，节点的权值为0≤wij≤1.

步骤4：更新任意节点对于第j个聚类的隶属度

 

(6)

 

(7)

其中，‖·‖表示任意节点之间的欧式距离，1≤i≤N, 1≤s≤k；当i=s时，由于‖xi-cs‖=0，因此wij=0.

识写字、广泛的阅读量及大量的语言积累，这些都是语文知识的输入，而输出才是衡量一个人语文核心素养好与坏的关键。学生说出来的话、写出来的小文章，也就是语言的运用，才能真正衡量他们的语文素养。所以教师在教学过程中，应该着重培养学生说话、作文等技能，比如，教师可以在学生学习了比较新奇的表达后，鼓励他们用这样的句式造句，多表达几遍之后，句式便可以轻松为之所用，还有，鼓励学生写日记，将生活见闻记录下来，也不失为锻炼语言应用能力的好方法。虽然平时的积累必不可少，但语文作为一门语言类学科，自然是学会运用才能代表真实可信的水准。

天门人大持续关注，助推政府预算绩效管理工作步入常态化、规范化，截至2017年，天门市预算绩效评价工作连续3年省级考核获优秀或优良等次。

粒径dp = 0.5 mm时混合物流速和爬坡高度不同，泥浆流经爬坡管段后截面垂直中心线上颗粒的体积分数见图6和图7。

(3)网络阅览学习数据。网络可以突破时间和空间的限制，学生可以自主决定学习和阅览的信息和内容，同时因互联网的实时性特点，学生能够接触最新的政治经济政策、科技进展、商业模式、商业理念，与时俱进，与学生产生碰撞，就会激发起新的创意。网络阅读学习数据可以包括参加在线网络课程相关数据、检索数据、关注热点等，这类数据可以由相关平台获得。

 

(8)

步骤6：判断聚类中心较上一轮是否发生了变化.如果不再变化，则算法已经收敛，将所有的聚类作为网络的分簇，而聚类中心则作为簇头；如果仍然不同，则算法仍未收敛，因此，转移到步骤2继续执行.

4 数据传输

最小跳数路由算法即根据簇头与物联网网关的距离，从中选出1条具有最小跳数的路径作为数据传输路径，其算法可以描述为：

算法2 最小跳数路由算法.

1978年，马科斯·费尔逊和琼·斯潘思在研究个人汽车共用问题时提出了“合作式消费”的概念。从这个概念中可以看出共享经济主要指的是我们通过一些高科技以及新型的技术来加快我国经济的发展，让我国通过高科技生产出来的产品可以更好的为人们服务。但是在传统的共享经济中，很多企业没有采取完善的监督管理，所以很多部门在实现共享经济时都只是了解共享经济的表面现象，而不能让我国的经济状态得到真正意义上的发展。为了更好的解决这个问题，现阶段我们就需要通过技术的改革来加深共享经济的监督管理手段，保证人们可以更好的进行使用这些共享设备。

在中国，安道麦推出了多款标杆性杀菌剂产品，包括获得中国植保产品贡献奖的“喜思安®”“乐谱道®”“道立锋®”等一批优秀杀菌剂，其中，明星产品“喜思安®”将于2019年全新升级，给果农更强的防病美果体验。2017年，“安普博®”作为一款同类进口配方产品，以其更强的防病增产表现，迅速获得了不少水稻大户的青睐。“邦超®”的推出补强了真菌、细菌混发性病害解决方案。2018年，淮安全球制剂中心为中国供应的第一个产品“靓快®”也表现不俗，先进的配方和工艺使得产品品质在同类中脱颖而出。第一个在国内登记的进口氟啶胺·烯酰吗啉“宝福特®”将会在2019年上市，针对低等真菌病害市场，壮大蔬菜产品线。

初始化：将簇头到Sink节点的路由长度设置为无穷大，将各簇头的邻居节点集设置为空集.

步骤5：更新第j个聚类的聚类中心.

步骤1：采用算法1对网络进行聚类，从而得到网络的分簇，将各聚类中心作为相应的簇头.

步骤2：网络中的各簇头在网络中通过广播Hello数据包，即泛洪协议来发起到Sink节点的路由，Hello数据包中包含当前簇头已经经历的跳数.

判别式依存句法分析模型的基本思想是：采用条件概率模型score(x,y|θ)，使目标函数取得最大值的θ作为模型的参数。

如果簇头节点j不存在于簇头i的邻居节点集中,将簇头节点j加入到簇头节点i的邻居节点集N=null，将该簇头i到簇头j对应的路由的跳数hij=1，并将到目标路由的跳数h=1+h；否则在簇头节点i的邻居节点集中，查看hij是否大于1，如果大于1，则设置hij=1，而从源节点到目标节点的跳数h不改变.

式中，d为发送节点和接收节点之间的距离；εfmp和εamp为自由空间模型和多路衰减模型的功率方法电路功耗系数；d0为距离阈值，即

综上所述，中国社区老年患者存在PIM现象普遍，为降低我国老年人用药风险，进一步促进合理用药，关注和干预中国社区老年患者PIM现象，是亟需医疗专业人员努力的一大方向。目前对于PIM的评估尚无统一标准，本研究将现有国外应用较广泛的Beers标准、STOPP准则与 《中国老年人潜在不适当用药目录》进行评估比较发现，3种标准在评估中国社区65岁以上老年患者PIM时均具有重要参考价值，其中尤以联合使用Beers标准及 《中国老年人潜在不适当用药目录》最为敏感。但值得注意的是，评估发现PIM是为了对其进行切实可行的干预，是为了帮助患者减少潜在用药风险，对于如何对PIM进行干预仍有待进一步探索和实践。

经过算法2，就获得了从任意簇头节点到目标的最短跳数路由.此时，若有任意簇成员节点需要发送数据时，则首先将数据发送给其所在簇的簇头节点，然后簇头节点查询其邻居节点集，将数据转发给其邻居节点集中的簇头，然后邻居簇头再次查询自己的邻居节点集的簇头，直到到达Sink节点.

当网络中的某簇头的剩余能量低于某指定阈值时，则其所属簇中与簇头距离最近且能量最高的节点作为新的簇头节点.

5 仿真实验

采用NS2仿真工具对文中基于无监督聚类的K均值并行算法进行仿真，并通过算法2来获得到达目标的最优路径.为了比较文中算法的优越性，将文中算法与文献[3]中基于非均匀分簇的方法以及文献[4]中基于最小跳数的路由协议进行比较，从网络声明周期和数据传输可靠性等方面进行比较.

5.1 网络生命周期对比

网络生命周期是网络初始化后网络中仍然有结点能保持存活状态时所经历的时间.在仿真时间为300轮的情况下，将文中方法与文献[3]和文献[4]方法进行比较，得到的结果如图2所示.

  

图2 各方法的网络生命周期对比

从图2可以看出，文中方法在在第275轮时仍有结果存活，而文献[3]和文献[4]方法最后1个存活节点在209轮和157轮时死亡，因此3种方法的网络生命周期分别为275轮、209轮和157轮.文中方法的生命周期较文献[3]方法和文献[4]方法分别提高了100%和36.6%.同时，从曲线中可以看出，文中方法能实现各节点的负载均衡，具有很好的负载均衡性能.

5.2 数据传输可靠性对比

文中方法、文献[3]方法和文献[4]方法在网络运行了300轮后Sink节点收到的信息量的对比如图3所示.

  

图3 各方法的基站接收信息包对比

从图3可以看出，文中方法中的Sink节点在整个网络的仿真期间接收的总数据包远远大于文献[3]方法和文献[4]方法，较这2种方法分别提高了27.4%和144.8%.显然，相对于这2种方法，文中方法具有较大的优越性.这是因为虽然文献[3]和文献[4]同样致力于寻求最优路由，但文中方法在考虑最优路由时，考虑了簇头的剩余能量，将最优较大剩余能量的结点作为下一跳路由，这样很好地实现了节点和网络的负载均衡，同时也保证了所传输的路由通常不会断裂，因此，最大程度地保证了数据传输的质量.

6 结语

无线传感器网络的网络生命周期是无线传感网络发展和应用的一个重要目标.为了提高网络的生命周期，提出了一种基于无监督聚类的WSN最短路由设计方法.该方法的主要特点是基于无监督分类对网络进行分簇，然后利用簇头之间的多跳传输将所在簇成员的数据发送给Sink节点，从而节约网络中任意两节点寻求最优路由的通信开销，同时簇头节点引入剩余能量机制，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.仿真实验结果表明，文中方法较文献[3]方法和文献[4]方法具有更长的网络生命周期和更大的数据包传输量.

参考文献：

[1] ZHU T, TOWSLEY D. E2R: Energy efficient routing for multi-hop green wireless networks [C]//IEEE INFOCOM 2011 Workshop on Computer Communications and Networking. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2011:265-270.

[2] CHEN Y, ZHANG S Q, XU S G. Fundamental trade-offs on green wireless networks [J]. IEEE Communications Magazine, 2011, 49(6):30-37.

[3] 刘国繁, 许多. 基于非均匀分簇与路径优化的WSN路由协议[J]. 计算机工程与科学, 2015, 8(37): 1 492-1 497.

[4] 范书平, 马宝英, 高晨光,等. 一种分簇WSN最小跳数路由算法研究[J]. 小型微型计算机系统, 2014, 35(8):1 775-1 779.

[5] 牛玉刚, 陈文广. 一种基于网格的兼顾拥塞避免与能耗均衡的WSN路由算法[J]. 控制与决策, 2016, 31(11):1 985-1 990.

[6] 闫效莺, 程国建, 孙涛. 一种能耗均衡的WSN分簇路由算法[J]. 计算机工程, 2012, 38(14):79-81.

[7] 罗旭, 吴晓军. 蚁群优化算法在WSN路由中的应用研究[J]. 计算机工程与科学, 2015, 37(4):740-746.