專利名稱：一種wsn分布式非均勻分簇方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及到無線傳感器網(wǎng)絡路由技術(shù)中的分簇算法，具體地說，是一種WSN分布式非均勻分簇方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks WSN)通過大量部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點，以多跳的無線通信方式，將采集的感知信息匯聚于網(wǎng)關節(jié)點，傳輸給終端用 戶。由此可見，網(wǎng)關節(jié)點附近區(qū)域的傳感器節(jié)點將承擔大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其能量消耗水平將高于其他區(qū)域，從而而被稱為“熱區(qū)”，熱區(qū)內(nèi)的傳感器節(jié)點過早消耗完自己的能量最終死亡導致網(wǎng)絡失效稱為能量空洞現(xiàn)象。當前避免能量空洞的方法主要通過最大限度地均衡網(wǎng)絡負載，許多學者從不同方面采取應對策略，例如節(jié)點初始能量不均勻配置、節(jié)點功率控制以及節(jié)點非均勻部署等等，以上策略可以使“熱區(qū)”能量充足，但對傳感器節(jié)點要求較高，需特定部署，不易操作。也有人采用動態(tài)網(wǎng)關節(jié)點或者部署多個網(wǎng)關節(jié)點，這樣傳感器節(jié)點可以選擇最佳網(wǎng)關節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)來減少能量消耗，但是改變網(wǎng)關節(jié)點的位置或增加其數(shù)量都需耗費大量成本。因此，提出一種靈活高效易實現(xiàn)的分簇路由策略來均衡網(wǎng)絡負載很有必要?，F(xiàn)有技術(shù)中，文獻李成法，陳貴海，葉懋，等.一種基于非均勻分簇的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議[J] 計算機學報，2007，30 (I) 27-36提出了一種經(jīng)典的非均勻分簇路由協(xié)議EEUC，該協(xié)議中候選簇首通過非均勻的競爭范圍構(gòu)造大小不等的簇來緩解“熱區(qū)”問題。參考文獻=CHENGui-hai, LI Cheng-fa, YE Mao,et al. An unequal cluster-based routing protocol inwireless sensor networks [J]. Wireless Networks, 2009,15 (2) 193-207.在上述協(xié)議的基礎上對簇間路由進行改進并提出一種UCR算法，從而節(jié)約中繼節(jié)點的能量。現(xiàn)有技術(shù)的缺點是在EEUC協(xié)議和UCR算法中，節(jié)點部署及候選簇首選擇的隨機性可能導致處于網(wǎng)絡邊緣或者能量較低的節(jié)點當選為簇首；并且僅采用局部比較節(jié)點剩余能量來選擇最終簇首無法從整體上協(xié)調(diào)全網(wǎng)的能量消耗來避免能量空洞，同時也無法保證網(wǎng)絡完全覆蓋；所采取的就近入簇和固定路由方式也不利于均衡簇間能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述缺陷，本發(fā)明提出一種WSN分布式非均勻分簇方法，該方法在平衡全網(wǎng)能量的基礎上選擇出候選簇首，并通過自適應校正競爭半徑進行非均勻分簇，最后節(jié)點根據(jù)基于能量和距離的能耗函數(shù)選擇最佳簇加入，避免能量空洞，最終實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種WSN分布式非均勻分簇方法，包括步驟I :設置網(wǎng)絡場景；在預設的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機分布N個傳感器節(jié)點，在該監(jiān)測區(qū)域外布置一個網(wǎng)關節(jié)點，每個傳感器節(jié)點具有唯一的身份標識號；步驟2:網(wǎng)絡初始化；各節(jié)點通過廣播“初始化消息”建立“鄰居節(jié)點列表”，所述“鄰居節(jié)點列表”中包括鄰居節(jié)點身份標識號、鄰居節(jié)點離網(wǎng)關節(jié)點的距離；其關鍵在于步驟3:計算候選概率；每個傳感器節(jié)點按照公式(I)計算自己成為候選簇首的概率，Si. P = P0XDiXEi (I)其中Si. P表示傳感器節(jié)點Si的候選概率，Ptl是傳感器節(jié)點成為候選簇首的初始概率，Di為傳感器節(jié)點Si的位置因子，Ei為傳感器節(jié)點Si的平均能量因子，且
權(quán)利要求
1.一種WSN分布式非均勻分簇方法,包括 步驟I :設置網(wǎng)絡場景； 在預設的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機分布N個傳感器節(jié)點，在該監(jiān)測區(qū)域外布置一個網(wǎng)關節(jié)點，每個傳感器節(jié)點具有唯一的身份標識號； 步驟2 :網(wǎng)絡初始化； 各節(jié)點通過廣播“初始化消息”建立“鄰居節(jié)點列表”，所述“鄰居節(jié)點列表”中包括鄰居節(jié)點身份標識號、鄰居節(jié)點離網(wǎng)關節(jié)點的距離； 其特征在于 步驟3 :計算候選概率； 每個傳感器節(jié)點按照公式(I)計算自己成為候選簇首的概率， Si. P = P0XDiXEi (I) 其中Si. P表示傳感器節(jié)點Si的候選概率，Ptl是傳感器節(jié)點成為候選簇首的初始概率，Di為傳感器節(jié)點Si的位置因子，Ei為傳感器節(jié)點Si的平均能量因子，且
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種WSN分布式非均勻分簇方法，其特征在于A = 0. 4，cl = 0. 25, c2 = 0. 3, c3 = 0. 2, a = 0. 3, ^ = 0. 5,
全文摘要
本發(fā)明型公開一種WSN分布式非均勻分簇方法，包括設置網(wǎng)絡場景、網(wǎng)絡初始化、計算候選概率、產(chǎn)生隨機數(shù)判斷是否成為候選簇首、競選最終簇首以及加入簇首六個步驟。其顯著效果是在選擇候選簇首時引入位置因子和平均能量因子從而平衡全網(wǎng)節(jié)點的剩余能量，在競選最終簇首時綜合考慮節(jié)點剩余能量和鄰居節(jié)點數(shù)目，從而保證網(wǎng)絡完全覆蓋，在加入簇首時采用基于能量和距離的能耗函數(shù)入簇機制，均衡了全網(wǎng)負載，有效避免了能量空洞，延長了網(wǎng)絡生命周期，緩解了“熱區(qū)”問題。
文檔編號H04W40/24GK102665251SQ20121016685
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者馮珊, 吳玉成, 江濤, 王煒, 謝璐 申請人:重慶大學