一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法及分簇方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足，在進(jìn)行簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇時(shí)，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的位置分布和剩余能量對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的影響，并利用模糊算法將節(jié)點(diǎn)的位置信息和剩余能量信息融合為量化的優(yōu)先權(quán)參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更合理的簇頭節(jié)點(diǎn)選擇。本發(fā)明還公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法，利用上述方法進(jìn)行簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇，并根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況自適應(yīng)地對簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可有效提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，且算法更簡單。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法及分簇方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法及分簇方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，衡量一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期通常是根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量來決定的。一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)從組網(wǎng)開始工作直到其中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的能量歸零，這段時(shí)間就是該傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。所以為了延長整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，合理控制節(jié)點(diǎn)的能量消耗是極為重要的。
[0003]節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇楫?dāng)前傳輸轄域內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)提供報(bào)文接收和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，隨著數(shù)據(jù)流量的傳輸，節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)能耗和通信模塊的閑時(shí)開銷使得節(jié)點(diǎn)自身的電池能量不斷降低。通常情況下，節(jié)點(diǎn)在未獲知需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)和承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)時(shí)都不關(guān)閉通信模塊，而節(jié)點(diǎn)的通信模塊在空閑狀態(tài)仍會(huì)偵聽無線信道的占用情況并且探測興趣數(shù)據(jù)的傳遞需求，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于這種狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的能耗與數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)接近。這就使得整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的空閑結(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行很多的無謂能耗，從而使得整個(gè)無線傳感器玩過的生命周期明顯縮短。
[0004]為了改善這個(gè)問題，使節(jié)點(diǎn)的能量更加合理的運(yùn)用，分簇機(jī)制應(yīng)運(yùn)而出。全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵⒈粍澐譃槿舾蓚€(gè)相連的簇區(qū)域，在每塊簇內(nèi)依據(jù)既定的算法選舉簇頭節(jié)點(diǎn)，由簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)成貫穿整個(gè)拓?fù)涞墓歉删W(wǎng)，并且休眠除了簇頭節(jié)點(diǎn)以外的所有空閑節(jié)點(diǎn)，從而大幅度降低了空閑狀態(tài)時(shí)偵聽行為對節(jié)點(diǎn)能量的消耗，進(jìn)而最終達(dá)到延長了整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。
[0005]依據(jù)既定算法選出的簇頭節(jié)點(diǎn)除需擔(dān)負(fù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)外，一般還需具有數(shù)據(jù)融合功能。分簇機(jī)制滲透了聚類管理的理念，彌補(bǔ)了普通的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中空閑狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)無謂能耗過高的缺陷，分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆欣诜植际剿惴ǖ膽?yīng)用，適合大規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)。
[0006]GAF算法是一種比較傳統(tǒng)的簇頭選擇算法，它是基于節(jié)點(diǎn)地理位置的分簇算法。將目標(biāo)區(qū)域劃分成若干個(gè)相鄰且不重疊的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)簇頭結(jié)點(diǎn)一直保持清醒，非簇頭節(jié)點(diǎn)在不轉(zhuǎn)發(fā)信息時(shí)處于休眠狀態(tài)。該算法中每個(gè)區(qū)域內(nèi)簇頭的選擇是有節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的定時(shí)隨機(jī)值決定的，這個(gè)算法的不足在于它沒有將節(jié)點(diǎn)的剩余能量考慮進(jìn)去，從而導(dǎo)致某些能量過低的節(jié)點(diǎn)被選為簇頭，然后直接縮短了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
[0007]LEACH算法也是一種很經(jīng)典的簇頭選擇算法，它在選擇簇頭時(shí)首先也是根據(jù)隨機(jī)數(shù)來確定簇頭，然后根據(jù)其他節(jié)點(diǎn)選擇離自己最近的簇頭進(jìn)行連接形成一個(gè)簇。LEACH算法中每個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭的概率是近乎相等的，所以LEACH算法在節(jié)點(diǎn)能量上很好的達(dá)到了能量均衡，但是該算法的不足在于它沒有考慮簇頭結(jié)點(diǎn)所處的地理位置，而且簇頭分布是不均勻的，從而有可能出現(xiàn)兩個(gè)簇頭之間的距離超過了節(jié)點(diǎn)的最大通信范圍，這就有可能導(dǎo)致整個(gè)骨干網(wǎng)無法形成。
[0008]綜上可知，現(xiàn)有簇頭選擇算法普遍存在考慮因素單一、未能最大程度地延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法及分簇方法，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的位置分布和剩余能量對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的影響，并結(jié)合模糊算法實(shí)現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)的確定，能夠有效延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，且算法簡單，資源消耗小。
[0010]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法，對于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)簇，以該簇中距離優(yōu)先權(quán)與能量優(yōu)先權(quán)之和最大的節(jié)點(diǎn)作為該簇的簇頭節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)的距離優(yōu)先權(quán)隊(duì)能量優(yōu)先權(quán)/7分別按照以下公式計(jì)算:

【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，對于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)簇，以該簇中距離優(yōu)先權(quán)與能量優(yōu)先權(quán)之和最大的節(jié)點(diǎn)作為該簇的簇頭節(jié)點(diǎn)；所述節(jié)點(diǎn)的距離優(yōu)先權(quán)隊(duì)能量優(yōu)先權(quán)/7分別按照以下公式計(jì)算:
其中，V表示該節(jié)點(diǎn)到所在簇中其它各節(jié)點(diǎn)的平均距離，分別表示所在簇中各節(jié)點(diǎn)到所在簇中其它各節(jié)點(diǎn)的平均距離的最大值和最小值，P表示該節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前剩余能量，表示該節(jié)點(diǎn)的初始能量。
2.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A、將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的目標(biāo)區(qū)域劃分為若干子區(qū)域； 步驟B、利用如權(quán)利要求1所述簇頭選擇方法選擇出各子區(qū)域的簇頭節(jié)點(diǎn)，所選出的各簇頭節(jié)點(diǎn)分別與其所在子區(qū)域的其它節(jié)點(diǎn)建立連接；各簇頭節(jié)點(diǎn)分別判斷與其連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)是否超出預(yù)設(shè)的最大連接數(shù)，如是，則從與其連接的這些節(jié)點(diǎn)中剔除距離優(yōu)先權(quán)與能量優(yōu)先權(quán)之和最大的前若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，使得與其連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)等于所述最大連接數(shù)，如否，則保持連接狀態(tài)不變，從而形成與所述子區(qū)域數(shù)目相同的若干個(gè)簇；而每一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)所剔除的這些節(jié)點(diǎn)則以其中距離優(yōu)先權(quán)與能量優(yōu)先權(quán)之和最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，組成一個(gè)新的族； 步驟C、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始正常運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)有某個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)達(dá)到其所在子區(qū)域中除簇頭節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，則轉(zhuǎn)步驟B;依此循環(huán)，直到整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)失效。
3.如權(quán)利要求2所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法，其特征在于，所述將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的目標(biāo)區(qū)域劃分為若干子區(qū)域，具體如下:將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的目標(biāo)區(qū)域劃分成一組相鄰且互不重疊的邊長力-倍節(jié)點(diǎn)最大覆蓋半徑的正方形區(qū)域。
【文檔編號】H04W40/10GK104135752SQ201410371867
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】劉林峰, 李晟, 吳家皋, 周劍 申請人:南京郵電大學(xué)