專利名稱：通信半徑確定方法、通信系統(tǒng)及無線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通信半徑確定方法、通信系統(tǒng) 及無線傳感器。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及低功耗無線通信技術(shù)的發(fā)展，生 產(chǎn)具備感應(yīng)、無線通信以及信息處理能力的微型無線傳感器已成為可能。這
些廉價的、低功耗的微型無線傳感器共同組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs )，通過各無線傳感器節(jié)點(簡稱節(jié)點)間的相互協(xié) 作，將其監(jiān)測和感應(yīng)的多種環(huán)境信息(如溫度、濕度等)傳送到基站進行處 理。
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 一 般具有較大的節(jié)點密度以及較弱的節(jié)點移動性 (部署后無線傳感器節(jié)點一^:不再移動)，同時，由于受到成本以及體積等原 因的限制，節(jié)點能量極其有限。特別是在很多應(yīng)用中，無線傳感器節(jié)點被部 署在敵后或者環(huán)境惡劣的地區(qū)，節(jié)點能量無法得到補充，因此，如何延長無 線傳感器節(jié)點的工作壽命成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計必須要考慮的關(guān)鍵因素之
現(xiàn)已提出的綜合能量有效分簇(Hybrid, Energy-E伍cient, Distributed clustering approach, HEED)算法利用主、次兩個參數(shù)從眾多的無線傳感器節(jié) 點中選擇無線傳感器簇頭節(jié)點(簡稱簇頭)，由簇頭將普通無線傳感器節(jié)點發(fā) 來的數(shù)據(jù)匯聚處理后發(fā)往基站，降低了數(shù)據(jù)量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量消耗，在一 定程度上延長了無線傳感器節(jié)點的工作壽命。
在對現(xiàn)有技術(shù)的研究和實踐過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題 HEED算法考慮了簇內(nèi)通信代價，采用依賴于簇內(nèi)通信代價的次參數(shù)選 擇簇頭，但是HEED算法在簇間通信(所謂簇間通信是指簇頭之間的通信) 時，卻采用全網(wǎng)統(tǒng)一大功率發(fā)，即簇間采用全網(wǎng)統(tǒng)一的通信半徑進行通信，該通信半徑大約6Rc (Rc為簇半徑)，但是通常兩個簇頭之間的距離要小于 6Rc,釆用全網(wǎng)統(tǒng)一的通信半徑，則極大的增加了這兩個簇頭的簇間通信能耗， 造成能量浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例要解決的技術(shù)問題是提供一種通信半徑確定方法、通信系 統(tǒng)及無線傳感器，能夠?qū)Υ亻g通信功率進行調(diào)整，降低簇間通信能耗。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的實施例是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
的
本發(fā)明實施例才是供了一種通信半徑確定方法，若簇頭發(fā)生更新，包括 第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離dl; 所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距 離d2;
所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離dl和通信距離d2,確定與所述第二簇 頭替代者之間的通信半徑dx。
本發(fā)明實施例還一是供了一種無線傳感器，包括
第一距離獲取單元，用于獲取與第二簇頭之間的通信距離dl;
第二距離獲取單元，用于獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通 信距離d2;
通信半徑調(diào)整單元，用于根據(jù)所述通信距離dl和所述通信距離d2，確定 與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。
本發(fā)明實施例進一步提供了一種通信系統(tǒng)，包括第一簇頭替代者和第 二簇頭替代者；
若簇頭發(fā)生更新，第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離dl; 所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距 離d2;
所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離dl和通信距離d2,確定與所述第二簇 頭替代者之間的通信半徑dx。
上述技術(shù)方案具有如下有益效果在本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案中，若簇頭發(fā)生更新，更新后的第一簇 頭替代者要向更新后的第二簇頭替代者發(fā)送數(shù)據(jù)時，不再使用全網(wǎng)統(tǒng)一的通 信半徑，而是由第 一簇頭替代者根據(jù)獲取到的其與第二簇頭之間的通信距離 dl,以及第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距離d2，確定與第二簇頭替 代者之間的通信半徑dx(即，發(fā)射功率)，因此，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方 案實現(xiàn)了對簇間通信功率的控制，降低了簇間通信能耗。


圖1為本發(fā)明實施例提供的簇頭選舉方法流程圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的簇間多跳路由建立方法流程圖； 圖3為本發(fā)明第一實施例提供的通信半徑示意圖； 圖4為本發(fā)明第一實施例提供的簇間通信半徑確定方法流程圖； 圖5為本發(fā)明第二實施例4是供的通信半徑示意圖； 圖6為本發(fā)明第二實施例提供的簇間通信半徑確定方法流程圖； 圖7為本發(fā)明第三實施例提供的簇間通信半徑確定方法流程圖； 圖8為本發(fā)明實施例提供的無線傳感器組成示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照 附圖對本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案進行詳細說明。
在本發(fā)明實施例中，無線傳感器節(jié)點簡稱為節(jié)點，無線傳感器簇頭節(jié)點 簡稱為簇頭。
為了能夠?qū)Υ亻g通信功率進行調(diào)整，降低簇間通信能耗，本發(fā)明實施例 提供了一種簇間通信半徑確定方法，該方法包括第一簇頭替代者獲取與第 二簇頭之間的通信距離dl;所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇 頭替代者之間的通信距離d2;所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離dl和通信距 離d2,確定與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。
在本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案中，若簇頭發(fā)生更新，更新后的第一簇頭替代者要向更新后的第二簇頭替代者發(fā)送數(shù)據(jù)時，不再使用全網(wǎng)統(tǒng)一的通 信半徑，而是由第 一簇頭替代者根據(jù)獲取到的其與第二簇頭之間的通信距離 dl,以及第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距離d2，確定與第二簇頭替 代者之間的通信半徑dx(即，發(fā)射功率)，因此，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方 案實現(xiàn)了對簇間通信功率的控制，降低了簇間通信能耗。
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作過程包括簇頭選舉過程，簇間多跳路由建立 過程，以及蔟間通信過程，因此，本發(fā)明實施例提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作 方法也將分上述幾個方面分別進行詳細介紹。
為了使簇頭均勻分布于整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，本發(fā)明實施例提供了一 種簇頭選舉方法。請參見圖1，為本發(fā)明實施例提供的簇頭選舉方法流程圖， 當無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進入初始化階段后，該方法包括
步驟101:節(jié)點檢查自己收到的鄰居信息中，是否包含已經(jīng)是簇頭的節(jié)點 的信息，如果有，則進入步驟102，否則，進入步驟108;
其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點通過鄰居信息的廣播來獲得其他節(jié) 點的鄰居信息，并且，每個節(jié)點廣播的鄰居信息中會包括標識該節(jié)點是否為 簇頭的變量。假設(shè)變量MY一clusterhead用于標識節(jié)點是否成為簇頭，則接收 鄰居信息的節(jié)點通過檢查自己收到的鄰居信息中變量MY—clusterhead的取 值，即可得知該鄰居節(jié)點是否已經(jīng)成為簇頭。
步驟102:節(jié)點從已經(jīng)是簇頭的節(jié)點中，選擇出鄰居廣播信號強度均值 凡—最大的一個簇頭；
步驟103:節(jié)點判斷步驟102中選擇出的簇頭是否為自己，如果是，則進 入步驟104,如果否，則進入步驟105;
在實際應(yīng)用中，節(jié)點通過判斷用于標識節(jié)點是否為簇頭的變量 MY—clusterhead是否等于節(jié)點自身的ID,即可確定選擇出的簇頭是否為自己。 節(jié)點亦可采用其他方式判斷選擇出的簇頭是否為自己，上述實際應(yīng)用不應(yīng)視 為對本發(fā)明實施例的限制。
步驟104:節(jié)點判斷自己成為簇頭的概率Ov。6是否為1,如果是l,則 進入步驟106,如果不是l,則進入步驟107;其中，Ov。6的計算公式為,C油，，C滅為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中
初始簇頭比例，如5%,即100個節(jié)點中有5個簇頭，五，血。/為節(jié)點剩余能量， 五m以為節(jié)點初始能量。
步驟105:節(jié)點判斷自己成為簇頭的概率Ov。6是否為1，如果是l,則 進入步驟106，如果不是l，但C7v。6大于隨機產(chǎn)生的介于1和尸一之間的任 意數(shù)，則進入步驟107;
其中，尸^是為了保證簇頭選舉迭代在有限次內(nèi)完成，通常取值為io-4。
步驟106:節(jié)點廣播自己為最終簇頭的信息，并退出迭代。節(jié)點廣播自己 為最終簇頭的信息包括節(jié)點ID及其A一，；
步驟107:節(jié)點廣播自己為候選簇頭及其i 。—，并將C/v。6值賦給C", 保存，C/v。6自身加倍(即，C/v。6*2)，等待下一次簇頭選舉；
步驟108:節(jié)點將GV。6值賦給C;v^保存，Ov。6自身加倍(即，GV。,2 ), 等待下一次簇頭選舉。
以上為本發(fā)明實施例提供的簇頭選舉方法，因為采用了 C/v。6和^—兩 個參數(shù)選舉蔟頭，均衡了網(wǎng)絡(luò)負載，使簇頭分布更均勻。
在本發(fā)明實施例中，當初始化階段簇頭選舉完成之后，簇頭進一步將其 節(jié)點號i殳為蔟號(Cluster IDentifier, CID ),并且初始化選舉出的蔟頭采用全 網(wǎng)統(tǒng)一的通信半徑(比如，6Rc)進行通信。
雖然簇頭可以與基站直接進行通信，但是在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中， 當距離基站較遠的簇頭向基站傳輸數(shù)據(jù)時，如果簇頭將數(shù)據(jù)直接一跳傳輸?shù)?基站，則該簇頭必須使用很大的功率(即，通信半徑血)，才能保證將數(shù)據(jù)一 跳通信到基站，如果該簇頭有很多的數(shù)據(jù)需要傳輸，采用一跳傳輸?shù)交镜?方式，很容易使得該簇頭能量耗盡而死亡。
為了延長簇頭壽命，本發(fā)明實施例還提供了 一種簇間多跳路由建立方法， 請參見圖2,該方法包括
步驟201:基站(CID通常為0)以一定的功率向周圍節(jié)點發(fā)送路由請求 包(Route Request Packet ， RREQ );步驟202:接收到RREQ的簇頭判斷是否為第一次收到該RREQ，如果是 第一次收到，則進入步驟203,如果否，則拋棄該RREQ;
步驟203:簇頭將自己的蔟號加入RREQ，記錄上兩跳蔟頭信息，該信息 至少包括上兩跳簇頭的簇號，并按照一定的發(fā)射功率，繼續(xù)向前廣播該 RREQ,直到距離基站最遠的簇頭也完成了上述過程，簇間多跳路由建立過程 結(jié)束。
其中，簇頭記錄上兩跳簇頭信息的原因在于簇頭在向基站發(fā)送數(shù)據(jù)的 過程中，若該簇頭的上一跳簇頭失效，則該簇頭可以調(diào)整功率讓上上跳簇頭 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而如果簇頭只記錄了上一跳簇頭的信息，則在上一跳簇頭失效時， 簇頭必須使用很大的功率向基站傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致簇頭能量消耗很大。由此可 見，記錄上兩跳簇頭的信息能夠更好的延長簇頭的工作壽命。
在簇間多跳路由建立過程結(jié)束后，當簇頭有數(shù)據(jù)要向基站傳輸時，只要 查找多跳路由記錄，并逆轉(zhuǎn)該多跳路由記錄，即可通過多跳方式將數(shù)據(jù)傳輸 到基站，節(jié)省了簇頭的通信能耗，延長了簇頭的壽命。
以下舉例說明本發(fā)明實施例中逆轉(zhuǎn)路由記錄的含義。比如，若簇間多跳 路由建立過程結(jié)束后，簇頭(CID=5)保存的路由記錄為基站(CID=0)—— >簇頭(CID=1 )——>簇頭(CID=2 )——>簇頭(CID=5 ),則當簇頭(CID=5 ) 有數(shù)據(jù)要向基站傳輸時，簇頭(CID=5)通過逆轉(zhuǎn)路由記錄將原來保存的路由 記錄轉(zhuǎn)變?yōu)榇仡^(CID=5)——>簇頭(CID=2)——>簇頭(CID=1)——> 基站(CID=0 ),簇頭(CID=5 )先將數(shù)據(jù)傳輸給簇頭(CID=2 ),再由簇頭(CID=2 ) 傳輸給簇頭(CID=1),最后由簇頭(CID=1)傳輸給基站(CID=0),由此可 見，簇頭(CID=5)的數(shù)據(jù)通過多跳路由發(fā)送至基站，節(jié)省了簇頭(CID=5) 的通信能耗，延長簇頭(CID=5)的壽命。
以上為本發(fā)明實施例提供的多跳路由建立方法，該方法采用路由請求的 方式，為每一個簇頭建立了一條按簇號尋路到達基站的多跳固定路由，延長 了簇頭的工作壽命。
為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的健壯性，需要對簇頭進行周期性的更新，而以簇 頭為核心建立的簇，在簇頭更新后節(jié)點數(shù)及區(qū)域范圍會有一定的變化，但是，由于本發(fā)明實施例提供的簇頭選舉方法選舉出來的簇頭比較均勻地分布在整 個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因此，網(wǎng)絡(luò)負載比較均衡，使得簇頭更新后節(jié)點數(shù)及
區(qū)域范圍的變化很小，因此，本發(fā)明實施例提出了準固定路由(Quasi Fixed Route, QFR),即當簇頭發(fā)生周期性更新時，可以只由上一輪的簇頭將自己 的簇號以及多跳路由記錄發(fā)送給它的替代者。另外，考慮到時間長了，網(wǎng)絡(luò) 拓樸的變化及QFR的魯棒性，進一步，可以隔一定時間再對已建立的簇間多 跳路由進行更新。
在本發(fā)明實施例中，簇頭周期性更新采用了兩種方式交替進行 一種是 按照網(wǎng)絡(luò)初始化階段時采用的簇頭選舉方法，對簇頭進行更新，即迭代產(chǎn)生 新的簇頭，另一種方式是由老簇頭直接選擇新簇頭。通常是在網(wǎng)絡(luò)初始化時， 釆用第一種方式，接下來采用第二種方式，間隔一段時間后，為了網(wǎng)絡(luò)的健 壯性，再開始采用第一種方式重新選舉簇頭。其中，若由老簇頭直接選擇新 簇頭，則老簇頭是根據(jù)鄰居信息，從其選出的活動節(jié)點中查找剩余能量最大 的一個活動節(jié)點作為其替代者，也就是新簇頭。
當簇頭發(fā)生更新后，若更新后的簇間仍然采用全網(wǎng)統(tǒng)一的通信半徑(比 如，6Rc)進行通信，則會增加簇間的通信能耗，而想要降低簇間通信能耗， 則必須明確簇間通信的主要能耗來源。
請參見式l-l, 1-2, 2-1， 2-2,為本發(fā)明實施例的簇間通信能耗模型，其 中，式l-l和l-2為簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)時的能耗，式2-l和2-2為簇頭接收數(shù)據(jù)時 的能耗
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五""=4, (2-2) 由上述簇間通信能耗模型，以及簇間實際通信過程可知，簇頭發(fā)送、接 收數(shù)據(jù)的能耗與無線收發(fā)電路能耗￡*，放大器能耗￡&_，，傳送距離/，及 傳送數(shù)據(jù)包長度t以及通信半徑血等參數(shù)有關(guān)。而能耗參數(shù)￡*, ，受
硬件限制，傳送距離/，及傳送的數(shù)據(jù)包長度A:,由應(yīng)用場合決定，因此，在本發(fā)明實施例中，將這幾個參數(shù)視為常數(shù)。
但是，通信半徑血卻是一個充滿矛盾的參數(shù)，因為血決定無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的連通性，血越大連通性越好，而另一方面，血與簇頭發(fā)送及接收數(shù)據(jù)的 能耗相關(guān)，并且，血越小越節(jié)省能量。
為折中這種矛盾，本發(fā)明實施例針對周期性或者非周期性更新的簇頭， 提供了 一種簇間通信半徑確定方法。
假設(shè)簇頭A，簇頭C是兩個上一輪簇頭，即分別為前任簇頭，而簇頭B， 簇頭D分別是它們的替代者，即分別為當前簇頭，當簇頭B要向簇頭D發(fā)送 數(shù)據(jù)時，該方法包括簇頭B獲取與簇頭C之間的通信距離dl，以及獲取蔟 頭C與簇頭D之間的通信距離d2，并根據(jù)通信距離dl和通信距離d2，確定 與簇頭D之間的通信半徑dx。
在本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案中，當簇頭B要向簇頭D發(fā)送數(shù)據(jù)時， 不再使用全網(wǎng)統(tǒng)一的通信半徑6Rc，而是由簇頭B根據(jù)獲取到的與簇頭C之 間的通信距離dl,以及簇頭C與簇頭D之間的通信距離d2,確定與簇頭D 間的通信半徑dx(即，發(fā)射功率)。因此，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案實現(xiàn) 了對簇間通信功率的控制，降低了簇間通信能耗。
請參見圖3，為本發(fā)明第一實施例提供的通信半徑示意圖，該圖假設(shè)了一 種特殊情況，即蔟頭A，簇頭B,簇頭C,簇頭D四個節(jié)點在同一條直線上。
請參見圖4,為本發(fā)明第一實施例針對圖1所示情況提供的蔟間通信半徑 確定方法流禾呈圖，該方法包4舌
步驟401:當簇頭發(fā)生更新時(即，當簇頭A接收到基站廣播的簇頭更 新報文時，比如，CMD—HEADERS—UPDATE報文)，蔟頭A將其與簇頭C之 間的通信距離A以及，簇頭C和簇頭D之間的通信距離&發(fā)送給它自己的 替代者簇頭B;
其中，兩個直接通信的節(jié)點，包括簇頭，可以利用Friss公式及物理層 參數(shù)(比如天線增益)，估算出之間的通信距離，在本發(fā)明實施例中，d是蔟 頭C在和簇頭A通信時，由簇頭C確定并通過應(yīng)答包主動發(fā)送給簇頭A的， 而通信距離W也是由簇頭C確定并通過應(yīng)答包主動發(fā)送給簇頭A的。步驟402:在簇頭A和簇頭B在通信過程中，也就是蔟頭A將6/和W 發(fā)送給簇頭B的過程中，簇頭B能夠確定出與簇頭A之間的通信距離
步驟403:簇頭B依據(jù)公式(3),確定得到與簇頭D的通信半徑血； W,+(i ，血=^+^ (3)
為了保證全網(wǎng)覆蓋，每個簇之間通常存在交疊，因此，血=^ +^+^/的最 大值為兩個簇直徑的和4Rc，因此，采用本發(fā)明第一實施例提供的技術(shù)方案得 到的通信半徑dx^4Rc,比簇間通信半徑為6Rc的HEED算法節(jié)省能耗。
請參見圖5，為本發(fā)明第第二實施例提供的通信半徑示意圖，該圖中簇頭 A，簇頭B,簇頭C,簇頭D四個節(jié)點不在同一條直線上。
請參見圖6,為本發(fā)明第二實施例針對圖5所示情況提供的蔟間通信半徑 確定方法流禾呈圖，該方法包4舌
步驟601:當簇頭發(fā)生更新時，簇頭A的替代者簇頭B在鄰居列表中查 找與簇頭C之間的通信距離W，其中，鄰居列表用于存放鄰居信息；
本發(fā)明實施例中，在簇頭發(fā)生更新之前，當簇頭A完成簇內(nèi)信息匯聚后， 簇頭A會選出一些剩余能量超過門限值(也就是剩余能量比較多)的節(jié)點作 為活動節(jié)點，其余節(jié)點進入〗木眠狀態(tài)。由于簇頭A和簇頭C通信時，活動節(jié) 點可能會旁聽到簇頭C發(fā)來的信息，并且，旁聽到簇頭C消息的活動節(jié)點可 以根據(jù)Friss公式獲得與簇頭C之間的通信距離，而在本發(fā)明實施例中，簇頭 A的替代者簇頭B是簇頭A根據(jù)鄰居信息，從活動節(jié)點中選擇出的剩余能量 最大的一個節(jié)點，因此，如果簇頭B是旁聽到簇頭C消息的活動節(jié)點，則簇 頭B的鄰居列表中則會保存有與簇頭C之間的通信距離W。同理，簇頭C的 替代者簇頭D是蔟頭C根據(jù)鄰居信息，從活動節(jié)點中選擇出的剩余能量最大 的一個節(jié)點。
步驟602:簇頭B依據(jù)公式(4),確定與簇頭D之間的通信半徑dx，其 中，W的獲取方式與本發(fā)明第一實施例相同，此處不再贅述。
血=^+& (4)
由上述分析過程可知，本發(fā)明第二實施例存在限制條件，只有在簇頭C 通信半徑范圍內(nèi)的活動節(jié)點，才會旁聽到簇頭C的信息，否則就旁聽不到，這樣就無法保證簇頭B肯定記錄有W。因此，在實際應(yīng)用中，若簇頭B查找 不到通信距離W，則可以采用本發(fā)明第一實施例提供的方法調(diào)整通信半徑。 或者，本發(fā)明第三實施例還提出了一種簇間通信半徑確定方法，該方法是對 本發(fā)明第二實施例的一種改進。
圖7為本發(fā)明第三實施例提供的通信半徑示意圖。本發(fā)明第三實施例提 供的簇間通信半徑確定方法利用活動節(jié)點，估算簇頭B與簇頭C之間的通信 距離W,進而當簇頭B查找不到通信距離W時，可以采用公式(5)計算通 信距離W,然后再采用公式(4)調(diào)整通信半徑血，公式(4)為三角形余弦 定理，角度0是^/和t/之間的夾角。
dl =々2+c/02-廁O cos i9 ( 5 )
其中，A W以及W的獲取方式與本發(fā)明第一實施例相同，此處不再贅述。
以下詳細介紹角度P的計算方法。在簇頭還未發(fā)生更新的時候，簇頭A 它會選擇一些剩余能量較大的節(jié)點作為活動節(jié)點(如圖7中的節(jié)點E和節(jié)點 F),并讓它們始終不休眠，因此，它們有可能旁聽到簇頭C發(fā)給蔟頭A的信 息，并且，能夠確定出與簇頭C之間的通信距離EC和FC。當簇頭發(fā)生更新， 簇頭B代替簇頭A成為新一輪的簇頭時，簇頭B發(fā)送查詢命令，查找記錄有 蔟頭C信息的節(jié)點，如節(jié)點E和節(jié)點F,在簇內(nèi)通信時，簇頭B可以才艮據(jù)Friss 公式計算得到簇頭B分別到節(jié)點E和節(jié)點F的通信距離BE和BF,節(jié)點E和 節(jié)點F之間的通信距離EF可以由節(jié)點E或者F確定并發(fā)送給簇頭B,同時發(fā) 送給簇頭B的還有EC和FC,當這些信息將匯集到簇頭B后，簇頭B則可計 算角度《。由圖7可知，三角形ABEF, ACEF三邊長度，因此，三角形的所 有參數(shù)都可以求得，在求得角ZBFE和角ZCFE后，可以依據(jù)P=ZBFE +ZCFE,計算得到角度P。
以上介紹了本發(fā)明實施例提供的通信半徑確定方法，每個節(jié)點獨立地執(zhí) 行簇頭選舉方法和簇間通信半徑確定方法。在本發(fā)明實施例提供的無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中，簇內(nèi)通信按TDMA方式進行，由簇頭為簇內(nèi)成員節(jié)點分配時隙， 并匯聚成員節(jié)點的數(shù)據(jù)。而簇間在進行通信時，如果簇頭想發(fā)送或中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，則按本發(fā)明實施例提供的簇間通信半徑確定方法，確定通信半徑，調(diào)整發(fā)送 功率，將數(shù)據(jù)按準固定多跳路由傳輸數(shù)據(jù)到基站，如果若某簇頭發(fā)現(xiàn)它的下 一跳簇頭失效，則繼續(xù)查找路由記錄，尋找失效簇頭的下一跳，然后再多跳 傳輸數(shù)據(jù)到基站。因此，本發(fā)明實施例提供的通信半徑確定方法中，能夠動 態(tài)調(diào)整通信半徑，即控制了簇間通信的功率，既保證了網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù) 的可靠傳輸，又很好地節(jié)省了簇頭通信能量消耗，延長了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 生命期，進一步，由于本發(fā)明實施例提供的方法能夠建立準固定多跳路由， 在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)耐瑫r，延長了簇頭的工作壽命，
值得注意的是，本發(fā)明實施例提供的方法能夠?qū)Υ亻g的通信功率進行控
制，但功率控制會帶來隱藏節(jié)點問題，所謂隱藏節(jié)點問題是指兩個蔟頭在 向同一個簇頭傳輸數(shù)據(jù)時，都沒有偵察到對方在給這個簇頭傳輸數(shù)據(jù)，因此， 兩個簇頭會同時向一個簇頭傳輸數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突，簇頭收不到任何 一個簇頭傳輸來的數(shù)據(jù)。
為解決上述隱藏節(jié)點的問題，本發(fā)明實施例提出了接收數(shù)據(jù)的簇頭在接 收數(shù)據(jù)的同時，用 一個新的信道以一個大功率向周圍節(jié)點周期性廣播忙信號， 目的是告訴其它節(jié)點，暫時不要給該簇頭發(fā)信息了，因為該簇頭正在接收數(shù) 據(jù)。當接收數(shù)據(jù)的簇頭以大功率廣播一個接收忙信號，在很大范圍內(nèi)的節(jié)點 都會獲知該簇頭忙，這些節(jié)點就暫時不向該簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)碰撞， 解決了隱藏節(jié)點的問題。
領(lǐng)i或晉通4支術(shù)人貝可。 是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機
可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括如下步驟
第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離dl;
所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距 離d2;
所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離dl和通信距離d2,確定與所述第二簇 頭替代者之間的通信半徑dx。
上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。本發(fā)明實施例還4是供了一種無線傳感器，請參見圖8,包括 第一距離獲取單元801,用于獲取與第二簇頭之間的通信距離dl; 第二距離獲取單元802,用于獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的 通信距離d2;通信半徑調(diào)整單元803,用于根據(jù)所述通信距離dl和所述通信距離d2, 確定與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。在實際應(yīng)用中，上述第一距離獲取單元801可以有以下幾種實現(xiàn)方式 第一種實現(xiàn)方式，第一距離獲取單元801包括第一子單元，用于獲取第一簇頭發(fā)送來的所述第一簇頭與所述第二簇頭 之間的通信距離d;第二子單元，用于確定與所述第一簇頭之間的通信距離dO; 第三子單元，用于才艮據(jù)所述通信距離d和dO,確定所述通信距離dl。 其中，第三子單元可以按照本發(fā)明第二和第三實施例提供的公式確定dl。 第二種實現(xiàn)方式中，所述第一距離獲取單元801具體為第一距離查找單元所述第一距離查找單元，用于在鄰居表中查找與所述第二簇頭之間的通 信距離dl。進一步，如果簇頭周期更新是由每個老簇頭選擇新簇頭，則所述無線傳 感器需要進一步包括活動節(jié)點選擇單元，用于選擇剩余能量超過門限值的無線傳感器節(jié)點作 為活動節(jié)點；新簇頭選擇單元，用于從所述活動節(jié)點中選擇剩余能量最大的活動節(jié)點 作為其代替者。以上對本發(fā)明所提供的一種通信半徑確定方法、通信系統(tǒng)及無線傳感器 進行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想， 在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種通信半徑確定方法，其特征在于，若簇頭發(fā)生更新，包括第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離d1；所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距離d2；所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離d1和通信距離d2，確定與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一簇頭替代者獲取與 第二簇頭之間的通信距離具體包括所述第 一簇頭替代者獲取第 一簇頭發(fā)送來的所述第 一簇頭與所述第二簇 頭之間的通信距離d,并確定其與所述第一簇頭之間的通信距離d0;所述第一簇頭替代者根據(jù)所述通信距離d和d0，確定所述通信距離dl。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一簇頭替代者獲取與 第二簇頭之間的通信距離dl具體包括所述第一簇頭替代者在鄰居表中查找與所述第二簇頭之間的通信距離dl。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，若所述第一簇頭，所述第一 簇頭替代者，所述第二簇頭及所述第二簇頭替代者在一條直線上，則所述第 一簇頭替代者根據(jù)所述通信距離d和d0,確定所述通信距離dl具體為所述第一簇頭替代者用所述通信距離d加上通信距離d0,得到所述通信 距離dl。
5、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，若所述第一簇頭，所述第一 簇頭替代者，所述第二簇頭及所述第二簇頭替代者不在一條直線上，則所述 第一簇頭替代者根據(jù)所述通信距離d和d0，確定所述通信距離dl具體為所述第一簇頭替代者依據(jù)三角形余弦定理，得到所述通信距離dl。
6、 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一簇頭 替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距離d2具體包括所述第 一簇頭替代者獲取第 一簇頭發(fā)送來的所述第二簇頭與第二簇頭替 代者之間的通信距離d2。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述通信距離d和d2由第 二簇頭確定并發(fā)送給所述第 一簇頭。
8、 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一簇頭 替代者是所述第一簇頭從其已選出的活動節(jié)點中選擇出的剩余能量最大的活 動節(jié)點；第二簇頭替代者是所述第二簇頭從其已選出的活動節(jié)點中選擇出的 剩余能量最大的活動節(jié)點。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一簇頭選擇第一簇 頭替代者后，所述方法進一步包括第一簇頭替代者接收所述第一簇頭發(fā)送的第一簇頭的簇號及多跳路由記 錄信息。
10、 如權(quán)利要9所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括 所述第一簇頭替代者逆轉(zhuǎn)所述多跳路由記錄信息，并按照逆轉(zhuǎn)后的多跳路由記錄向基站傳輸數(shù)據(jù)。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當所述第一簇頭在第一次收到路由請求包時，由所述第一簇頭記錄的包 括上兩跳簇頭信息的多跳路由記錄信息，并將所述路由請求包向其周圍的節(jié) 點廣播。
12、 如權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，其特征在于，第一簇頭和 第二簇頭是利用鄰居廣播信號強度均值和每個節(jié)點成為簇頭的概率選擇出 的。
13、 一種無線傳感器，其特征在于，包括 第一距離獲取單元，用于獲取與第二簇頭之間的通信距離dl;第二距離獲取單元，用于獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通 信距離d2;通信半徑調(diào)整單元，用于才艮據(jù)所述通信距離dl和所述通信距離d2，確定 與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。
14、 如權(quán)利要求13所述的無線傳感器，其特征在于，所述第一距離獲取 單元具體包括第一子單元，用于獲取第一簇頭發(fā)送來的所述第一簇頭與所述第二簇頭之間的通<言3巨離d;第二子單元，用于確定與所述第一簇頭之間的通信距離d0; 第三子單元，用于根據(jù)所述通信距離d和d0,確定所述通信距離dl。
15、 如權(quán)利要求13所述的無線傳感器，其特征在于，所述第一距離獲取 單元具體為第 一距離查找單元所述第一距離查找單元，用于在鄰居表中查找與所述第二簇頭之間的通 信距離dl。
16、 如權(quán)利要求13至15中任一項所述的無線傳感器，其特征在于，所 述無線傳感器進一步包括活動節(jié)點選擇單元，用于選擇剩余能量超過門限值的無線傳感器節(jié)點作 為活動節(jié)點；新簇頭選擇單元，用于從所述活動節(jié)點中選擇剩余能量最大的無線傳感 器節(jié)點作為其代替者。
17、 一種通信系統(tǒng)，其特征在于，包括第一簇頭替代者和第二簇頭替 代者；若簇頭發(fā)生更新，第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離dl; 所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距 離d2;所述第一簇頭替代者才艮據(jù)通信距離dl和通信距離d2,確定與所述第二簇 頭替代者之間的通信半徑dx。
18、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一簇頭替代者包括 第一距離獲取單元，用于獲取與第二簇頭之間的通信距離dl;第二距離獲取單元，用于獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通 信距離d2;通信半徑調(diào)整單元，用于才艮據(jù)所述通信距離dl和所述通信距離d2，確定 與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。
19、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一距離獲取單元具體包括第 一子單元，用于獲取第 一簇頭發(fā)送來的所述第 一簇頭與所述第二簇頭 之間的通^^巨離d;第二子單元，用于確定與所述第一簇頭之間的通信距離d0; 第三子單元，用于才艮據(jù)所述通信距離d和d0,確定所述通信距離dl。
20、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一距離獲取單元具 體為第一距離查找單元所述第一距離查找單元，用于在鄰居表中查找與所述第二簇頭之間的通 信距離dl。
21、 如權(quán)利要求18至20中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 簇頭替代者進一步包括活動節(jié)點選擇單元，用于選擇剩余能量超過門限值的無線傳感器節(jié)點作 為活動節(jié)點；新簇頭選擇單元，用于從所述活動節(jié)點中選擇剩余能量最大的活動節(jié)點 作為其代替者。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通信半徑確定方法、通信系統(tǒng)及無線傳感器。本發(fā)明方法包括若簇頭發(fā)生更新，包括第一簇頭替代者獲取與第二簇頭之間的通信距離d1；所述第一簇頭替代者獲取所述第二簇頭與第二簇頭替代者之間的通信距離d2；所述第一簇頭替代者根據(jù)通信距離d1和通信距離d2，確定與所述第二簇頭替代者之間的通信半徑dx。本發(fā)明具有以下效果本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案實現(xiàn)了對簇間通信功率的控制，降低了簇間通信能耗。
文檔編號H04B7/26GK101604994SQ20081010042
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者劉桂英, 屈玉貴, 張英堂, 趙寶華, 杰 鄭, 郭淑杰 申請人:華為技術(shù)有限公司