THGCDTR-RP: тройной гибридный протокол маршрутизации на основе роевого интеллекта и деревьев для энергоэффективных беспроводных сенсорных сетей

Беспроводные сенсорные сети (WSN) широко применяются для экологического мониторинга, интеллектуального сельского хозяйства и задач Интернета вещей, однако их эффективность ограничивается малой ёмкостью аккумуляторов, неравномерным потреблением энергии и неэффективной маршрутизацией. Для решения этих проблем в статье предлагается энергоэффективный протокол кластеризации и маршрутизации THGCDTR-RP, объединяющий оптимизатор серых волков, оптимизатор гепардов и дифференциальную эволюцию для выбора голов кластеров (CH). Предлагаемая стратегия выбора CH одновременно учитывает остаточную энергию, центральность узлов, компактность внутри кластера и сбалансированность размеров кластеров, тогда как механизм построения минимального остовного дерева с учётом энергопотребления формирует многопереходные маршруты между CH и базовой станцией (BS). Обширное моделирование в MATLAB при различных размерах сети, плотности узлов и расположении BS показало, что THGCDTR-RP стабильно превосходит LEACH, LPSO, LGWO, WOA-P и LACO. Например, для сети размером 50 × 50 THGCDTR-RP увеличивает количество пакетов, принятых BS, на 144,4%, 83,3%, 89,7%, 77,4% и 93,1% по сравнению с LEACH, LPSO, LACO, LGWO и WOA-P соответственно. Кроме того, он повышает раунд смерти первого узла на 271,5%, 71,9%, 78,2%, 65,2% и 103,0%, а также увеличивает раунд смерти всех узлов на 17,78%, 44,46%, 46,63%, 35,22% и 51,17% по сравнению с теми же базовыми методами соответственно.