專利名稱：基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興技術(shù)，完全采用分布式處理，具有監(jiān)測(cè)精度高、容錯(cuò)性能好、覆蓋區(qū)域大、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的特點(diǎn)或稱為缺點(diǎn)的是節(jié)點(diǎn)攜帶的電池能量不能補(bǔ)充而且受到體積和成本等方面的限制能量相對(duì)較少，這是目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的“瓶頸”問(wèn)題[1]。因此，在履行有保障的監(jiān)測(cè)任務(wù)的前提下，降低能耗提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其分布的特點(diǎn)是十分密集而且節(jié)點(diǎn)呈隨機(jī)分布，因此部分研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面的專家采用暫時(shí)關(guān)閉部分冗余節(jié)點(diǎn)，使得所有節(jié)點(diǎn)輪流工作，依次得到休眠，從而提高單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高單個(gè)節(jié)點(diǎn)的生命周期，從而延長(zhǎng)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的壽命。但是，這種方法僅僅降低了冗余節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)正常節(jié)點(diǎn)各自產(chǎn)生的信息量，在一定的范圍內(nèi)或部分節(jié)點(diǎn)上達(dá)到了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。但是，從全網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，并非整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有監(jiān)測(cè)區(qū)域以及每個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都具備足夠的冗余節(jié)點(diǎn)，而且冗余節(jié)點(diǎn)的分布在全網(wǎng)看也是隨機(jī)的。從分析可知針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇的特點(diǎn)，為了充分提高網(wǎng)絡(luò)冗余節(jié)點(diǎn)的利用率，發(fā)掘非等密度冗余節(jié)點(diǎn)的潛力，對(duì)冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跨簇的綜合管理和使用是十分必要和有效的。
目前針對(duì)延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法主要有以下幾種1、低能耗自適應(yīng)分簇(LEACH)算法文獻(xiàn)[1]中提出的LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)算法是一種自適應(yīng)分簇拓?fù)渌惴ǎ膱?zhí)行過(guò)程是周期性的，每輪循環(huán)分為簇的建立階段和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信階段。在簇的建立階段，相鄰節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地形成簇，隨機(jī)產(chǎn)生簇頭；在數(shù)據(jù)通信階段，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送為簇頭，簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并把結(jié)果發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。由于簇頭需要完成數(shù)據(jù)融合、與匯聚節(jié)點(diǎn)通信等工作，所以能量消耗大。LEACH算法能夠保證各節(jié)點(diǎn)等概率的擔(dān)任簇頭，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)相對(duì)均衡的消耗能量。
2、兩階段分簇算法文獻(xiàn)[2]提出了一個(gè)兩階段分簇算法，該算法將網(wǎng)絡(luò)分簇分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段首先將網(wǎng)絡(luò)分簇，每個(gè)簇內(nèi)設(shè)置一個(gè)簇頭，并建立簇頭和簇成員之間的直連鏈路。第二階段每個(gè)簇成員查找一個(gè)不同于簇頭的鄰居節(jié)點(diǎn)來(lái)建立一條能量節(jié)省的數(shù)據(jù)中繼鏈路。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器可以根據(jù)需要來(lái)決定采用直連鏈路或數(shù)據(jù)中繼鏈路來(lái)傳輸信息到基站。文獻(xiàn)[3]進(jìn)一步提出了一個(gè)基于基于智能配對(duì)和搜索的啟發(fā)式算法來(lái)研究能量供應(yīng)和中繼節(jié)點(diǎn)的放置問(wèn)題，但是兩階段分簇算法并沒(méi)有涉及冗余節(jié)點(diǎn)的利用問(wèn)題。
3、能量有效的分簇算法文獻(xiàn)[4]提出了一個(gè)在保證全網(wǎng)連通性的前提下基于發(fā)射功率的簡(jiǎn)單分布式算法。文獻(xiàn)[5]基于本地能量來(lái)選舉簇頭并實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。文獻(xiàn)[6]提出網(wǎng)格化分布式分簇算法，該算法以網(wǎng)格內(nèi)能量和其它參數(shù)(節(jié)點(diǎn)概率，節(jié)點(diǎn)等級(jí)等)為基準(zhǔn)來(lái)周期性地選擇簇頭。
4、簇頭選擇算法文獻(xiàn)[7]和[8]提出的非均勻分簇算法的基本思想是考慮到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息傳送采用多跳機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)簇間的信息傳輸，那么靠近基站的簇需要承擔(dān)其它相對(duì)較遠(yuǎn)處簇的信息中繼功能，能量消耗較大，因此提出靠近基站的地點(diǎn)簇相對(duì)較小，遠(yuǎn)離基站的地點(diǎn)簇相對(duì)較大，從而達(dá)到整體的能量均衡。
目前，各種分簇算法和基于分簇的能量節(jié)省辦法僅僅針對(duì)簇的大小和網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)選擇等方面進(jìn)行研究。即使研究于冗余節(jié)點(diǎn)的利用問(wèn)題，也僅僅局限于研究活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和冗余節(jié)點(diǎn)的周期性替換來(lái)提高對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的生命周期，但是對(duì)于簇內(nèi)不存在冗余節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，該研究對(duì)于這類節(jié)點(diǎn)的性能改善沒(méi)有提高，也沒(méi)有涉及，而整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期是對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的性能參數(shù)，即取節(jié)點(diǎn)生命周期的最小值，因此類似算法對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在保證覆蓋性的前提下生命周期不能提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積微小，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多，分布區(qū)域廣，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布式處理帶來(lái)的監(jiān)測(cè)精度高、容錯(cuò)性能好、覆蓋區(qū)域大、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多優(yōu)點(diǎn)。由于節(jié)點(diǎn)分布的隨機(jī)性，導(dǎo)致無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不可避免地存在冗余性，即整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在大量的冗余節(jié)點(diǎn)。為了提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，減少能量消耗，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常采用分簇算法來(lái)進(jìn)行管理和節(jié)約能量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法(an energy-efficient redundant node tree method，簡(jiǎn)稱EERNT)的步驟包含首先獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，從每個(gè)簇內(nèi)選擇一個(gè)相對(duì)處在簇內(nèi)“均勻”位置(根據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)的密集性偏差和稀疏性偏差來(lái)決定)的冗余節(jié)點(diǎn)，建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)，從而保證每個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)能夠知道自己的上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)簇頭及簇成員本簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)上的冗余節(jié)點(diǎn)(注通知簇頭及簇成員是由于簇成員按照一定的概率成為簇頭，為減少消息傳遞帶來(lái)的能量消耗，采用廣播消息一次性通知)；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚，減少需要傳遞的能量；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)(注“相鄰”節(jié)點(diǎn)的選取根據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)的多少，簇頭與冗余節(jié)點(diǎn)間距離，冗余節(jié)點(diǎn)與上級(jí)冗余節(jié)點(diǎn)或基站間距離。如果當(dāng)前簇內(nèi)存在冗余節(jié)點(diǎn)，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)；如果不存在，則尋找離基站和上級(jí)簇都較近的EERNT上的節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給EERNT上的這個(gè)冗余節(jié)點(diǎn))；“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，選擇上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站，將信息傳送出去；上級(jí)節(jié)點(diǎn)收到信息后，依次逐級(jí)向上傳遞，直至基站。
本發(fā)明的工作原理和內(nèi)容；1、能量有效冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)模型根據(jù)縮略語(yǔ)表，如果不采用冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)，而采用傳統(tǒng)的方法即冗余節(jié)點(diǎn)和活動(dòng)節(jié)點(diǎn)交替休眠來(lái)節(jié)約能量，設(shè)N是簇內(nèi)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，M是簇內(nèi)冗余節(jié)點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)文獻(xiàn)[7]和[8]，可以得到fiB=η(fn1B+fn2B+...+fniB+...+fnnB)]]>=ηΣ1≤i≤nfniB---(1)]]>同樣，根據(jù)文獻(xiàn)[9]和[10]，可知Pt(i,k)=(α+βdikm)·fik---(2)]]>
Pr(m)=ρΣ1≤i′≤N+Mi′≠mfmi′---(3)]]>根據(jù)公式(1)，(2)和(3)，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)活動(dòng)周期內(nèi)能耗為P(i)=Pt(i,B)+Pr(i)+Pc(i)+ϵi---(4)]]>=(α+βdiBm)·fiB+Pr(i)+Pc(i)+ϵi]]>=(α+βdiBm)·fiB+ρΣ1≤s≤Ns≠ifis+Pc(i)+ϵi]]>=(α+βdiBm)·η·Σ1≤s≤Ns≠ifis+ρΣ1≤s≤Ns≠ifis+Pc(i)+ϵi]]>假定每個(gè)周期節(jié)點(diǎn)活動(dòng)的時(shí)間為TA，每個(gè)周期總的時(shí)間為TT，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)的生命周期L(i)可表示為L(zhǎng)(i)=Eni-EthP(i)·TA·TTTA---(5)]]>=(Eni-Eth)·TT((α+βdiBm)·η·Σ1≤s≤Ns≠ifis)+ρΣ1≤s≤N+Ms≠ifis+Pc(i)+ϵi)·TA2]]>整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期L可表示為L(zhǎng)＝min(L(i)) (6)基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)Energy-Efficient Redundant Node Tree(EERNT)的方法如果考慮到冗余節(jié)點(diǎn)的使用，采用EERNT方法，那么系統(tǒng)首先選擇整個(gè)簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)來(lái)建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)，簇內(nèi)的簇頭收到簇內(nèi)其它成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的信息后，完成數(shù)據(jù)聚合，然后發(fā)送到冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。冗余節(jié)點(diǎn)收到簇頭的信息后，首先判斷自己所處的位置，即上級(jí)節(jié)點(diǎn)為冗余節(jié)點(diǎn)還是基站，如果是基站，則直接發(fā)送；如果是冗余節(jié)點(diǎn)，則搜索冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)找到距離最優(yōu)的冗余節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。那么此時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)的功率，冗余節(jié)點(diǎn)的功率，簇內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)的生命周期，整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期分別為。
PEERNT(i)=(α+βdijn)·η·Σ1≤s≤Ns≠ifis+ρΣ1≤s≤Ns≠ifis+Pc(i)+ϵi---(7)]]>PEERNT(j)=η·ρΣ1≤s≤Ns≠jfjs+(α+βdjBm)·η·Σ1≤s≤Ns≠jfjs---(8)]]>LEERNT(i)=(Ei-Eth)·TT((α+βdiBm)·η·Σ1≤s≤Ns≠ifsi)+ρΣ1≤s≤N+Ms≠ifis+Pc(i)+ϵi)·TA2---(9)]]>LEERNT＝min(LEERNT(i)) (10)以上分析是針對(duì)一個(gè)簇內(nèi)僅有一個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)的情況。但是實(shí)際上，每個(gè)簇內(nèi)都有多個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)，那么簇頭選擇自己的冗余節(jié)點(diǎn)時(shí)可以從簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)中選擇離自己最近的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)公式(7)可知距離越短，通信時(shí)消耗的功率越小，從而使得整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期性能得到進(jìn)一步的優(yōu)化。需要注意的是EERNT算法提高的是整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體生命周期，而不排除個(gè)別節(jié)點(diǎn)生命周期變小的可能，但是變小的節(jié)點(diǎn)絕對(duì)不是生命周期最短的節(jié)點(diǎn)，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的整體性能得到優(yōu)化。
本發(fā)明的顯著發(fā)明效果包括本發(fā)明提出了一種充分利用冗余節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)構(gòu)建冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)，從而使得簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)不僅為其對(duì)應(yīng)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)服務(wù)，而是為整個(gè)簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)，從而提高整個(gè)簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的生命周期，達(dá)到延長(zhǎng)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。由此可知基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法是延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期新方法。基于這種機(jī)制，將大大降低有效節(jié)點(diǎn)的傳輸能量消耗，達(dá)到延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。同時(shí)，根據(jù)簇內(nèi)冗余節(jié)點(diǎn)的密度和分布，還可以改變?nèi)哂喙?jié)點(diǎn)中繼樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得活動(dòng)節(jié)點(diǎn)在與冗余節(jié)點(diǎn)信息交換時(shí)能量節(jié)約較大，而冗余節(jié)點(diǎn)能量消耗相對(duì)較少，從而適應(yīng)冗余節(jié)點(diǎn)總體能量消耗多，通信負(fù)荷大的要求，并且進(jìn)一步達(dá)到整個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)中繼樹(shù)的負(fù)載平衡。
活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的能量消耗從公式(7)中可以看出，由于Min(dij)在考慮所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)成為簇頭i條件下，必然要小于diB，所以部分生命周期較小的節(jié)點(diǎn)肯定提高了生命周期，從而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期得以提高；冗余節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)越多，越可以考慮冗余節(jié)點(diǎn)的優(yōu)選，從而進(jìn)一步提高節(jié)點(diǎn)和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，而且可以先使用優(yōu)選冗余節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)的分布依次使用其余冗余節(jié)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為EERNT的示例示意圖；圖2為冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)算法的流程示意圖；圖3為示例2的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖；圖4為示例2的EERNT流程圖；圖5為示例3的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖；圖6為示例3的EERNT流程圖；圖7為示例4的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖；圖8為示例4的EERNT流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1根據(jù)圖1，一般的EERNT算法的基本流程如圖2所示，基本步驟如下(1)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置和覆蓋范圍，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(2)冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，從每個(gè)簇內(nèi)選擇一個(gè)相對(duì)處在簇內(nèi)“均勻”位置(根據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)的密集性偏差和稀疏性偏差來(lái)決定)的冗余節(jié)點(diǎn)，建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)EERNT，從而保證每個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)能夠知道自己的上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站；(3)冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢并建成EERNT后，通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)簇頭及簇成員本簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)上的冗余節(jié)點(diǎn)；(4)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；(5)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，首先檢查本簇內(nèi)是否存在EERNT節(jié)點(diǎn)，如果存在，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)；如果不存在，則尋找離基站和上級(jí)簇都較近的EERNT上的節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給EERNT上的這個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(6)EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，選擇上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站，將信息傳送出去；如果是基站，本次信息傳輸結(jié)束，如果是上級(jí)節(jié)點(diǎn)收到信息后，則依次逐級(jí)向上傳遞，直至基站。
實(shí)施例2有一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單如圖3所示，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)簇1，2，3，每個(gè)簇直接和基站聯(lián)系，但是簇內(nèi)存在多個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)，該情況下EERNT算法的基本步驟如下
(1)基站節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置和覆蓋范圍，從而找出并標(biāo)識(shí)簇1，2，3各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(2)簇1，2，3的冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，分別通知簇1，2，3本簇簇頭及簇成員；(3)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；(4)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離自己最近的冗余節(jié)點(diǎn)；(5)由于簇1，2，3都可與基站直接相連，冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，直接傳遞到基站。
其流程圖如圖4所示。
實(shí)施例3有一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜如圖5所示，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為十二個(gè)簇，各個(gè)簇與基站位置遠(yuǎn)近差異較大，簇1，5，9相對(duì)較近，與基站直接相連；簇2，3，4，6，7，8，10，11，12與基站相距較遠(yuǎn)，采用多跳形式，將信息傳送到基站，但是每個(gè)簇內(nèi)至少存在一個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)，該情況下EERNT算法的基本步驟如下(1)基站節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置和覆蓋范圍，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(2)判斷冗余節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)的均勻性，選擇均勻性最高的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建優(yōu)化冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)EERNT；(2)冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，通知本簇簇頭及簇成員；(3)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；
(4)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離本簇內(nèi)EERNT的冗余節(jié)點(diǎn)；(5)冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，將信息上傳到上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站。如圖4所示，簇1，5，9內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，將信息直接傳送到基站；簇2，6，10內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，將信息分別傳送到簇1，5，9內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)，簇1，5，9內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)收到簇2，6，10內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)傳送的信息后，向上傳遞到基站；同理，簇3，7，11內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)接收本簇簇頭信息后，將信息分別傳送到簇2，6，10內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)，簇2，6，10內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)收到簇3，7，11內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)傳送的信息后，向上傳遞到簇1，5，9內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)后繼續(xù)處理，簇4，8，12也是類似處理。
其流程圖如圖6所示。
實(shí)施例4有一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜如圖7所示，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為十二個(gè)簇，各個(gè)簇與基站位置遠(yuǎn)近差異較大，簇1，5，9相對(duì)較近，與基站直接相連；簇2，3，4，6，7，8，10，11，12與基站相距較遠(yuǎn)，采用多跳形式，將信息傳送到基站，與示例2不同的是，簇4，10內(nèi)沒(méi)有冗余節(jié)點(diǎn)，其它簇至少存在一個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)，該情況下EERNT算法的基本步驟如下(1)基站節(jié)點(diǎn)或管理節(jié)點(diǎn)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置和覆蓋范圍，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(2)判斷冗余節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)的均勻性，選擇均勻性最高的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建優(yōu)化冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)EERNT；(2)冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，通知本簇簇頭及簇成員；(3)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；(4)當(dāng)前簇頭(包括簇1，2，3，5，6，7，8，9，11，12)節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離本簇內(nèi)EERNT的冗余節(jié)點(diǎn)；冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，將信息上傳到上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站。如圖5所示，簇1，5，9內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，與示例2中處理辦法完全相同，將信息直接傳送到基站；簇2，3，6，7，8，11，12內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)接收本簇簇頭信息后，處理方式與示例2完全相同；(5)當(dāng)前簇頭(包括簇4，10)節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，由于本簇內(nèi)沒(méi)有EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)，因此簇頭判斷自己的層次，沿著基站方向找到自己上級(jí)簇內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)，即簇3和簇9內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)，對(duì)于簇4，找到簇3內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)后，可以把這個(gè)簇3的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)當(dāng)作自己簇內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)來(lái)按照步驟4處理。同理，對(duì)于簇10，找到簇9內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)后，可以把這個(gè)簇9的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)當(dāng)作自己簇內(nèi)的EERNT上的冗余節(jié)點(diǎn)來(lái)按照步驟4處理。
其流程圖如圖8所示。
縮略語(yǔ)


文獻(xiàn)目錄 Heinzelman W R，Chandrakasan A，Balakrishnan H.An application-specificprotocol architecture for wireless microsensor networks.IEEE Transactions onWireless Communications，2002，1(4)660-670Heinzelman W R，Chandrakasan A，Balakrishnan H.，一種特定的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，IEEE無(wú)線通信學(xué)報(bào)，2002，1(4)660-670[2]W.Choi，P.Shah，and S.K.Das，“A Framework for Energy-Saving DataGathering Using Two-Phase Clustering in Wireless Sensor Networks”，inProceedings of Int’l Conference on Mobile and Ubiquitous SystemsNetworkingand Services(MOBIQUITOUS)，2004，pp.203-212.
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1.基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法，其特征是獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置，找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，從每個(gè)簇內(nèi)選擇一個(gè)相對(duì)處在簇內(nèi)均勻位置的冗余節(jié)點(diǎn)，建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)簇頭及簇成員本簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)；“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，選擇上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站，將信息傳送出去；上級(jí)節(jié)點(diǎn)收到信息后，依次逐級(jí)向上傳遞，直至基站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法，其特征是“相鄰”冗余節(jié)點(diǎn)的選取根據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)的多少，簇頭與冗余節(jié)點(diǎn)間距離，冗余節(jié)點(diǎn)與上級(jí)冗余節(jié)點(diǎn)或基站間距離來(lái)加權(quán)決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法，其特征是步驟如下(1)首先獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；(2)冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，從每個(gè)簇內(nèi)選擇一個(gè)相對(duì)處在簇內(nèi)“均勻”位置的冗余節(jié)點(diǎn)，建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)；(3)冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)建成后，通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)簇頭及簇成員本簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)；(4)當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚；(5)冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的冗余節(jié)點(diǎn)接收本簇簇頭信息后，選擇上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站，將信息傳送出去；上級(jí)節(jié)點(diǎn)收到信息后，依次逐級(jí)向上傳遞，直至基站。
全文摘要
基于冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法，首先獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置，從而找出并標(biāo)識(shí)各個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，從每個(gè)簇內(nèi)選擇一個(gè)相對(duì)處在簇內(nèi)“均勻”位置的冗余節(jié)點(diǎn)，建立冗余節(jié)點(diǎn)樹(shù)，從而保證每個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)能夠知道自己的上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站；冗余節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)完畢后，通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)簇頭及簇成員本簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)收到其它簇成員的傳感器傳感信息后，對(duì)傳感信息采用數(shù)據(jù)聚合的方法進(jìn)行信息會(huì)聚，減少需要傳遞的能量；當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)會(huì)聚后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)；“相鄰”的冗余節(jié)點(diǎn)接收簇頭信息后，選擇上級(jí)節(jié)點(diǎn)或基站，將信息傳送出去；上級(jí)節(jié)點(diǎn)收到信息后，依次逐級(jí)向上傳遞，直至基站。
文檔編號(hào)H04L12/24GK1845521SQ200610067188
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者張振江 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)