專利名稱：一種無線傳感網絡自適應聚類傳輸發(fā)法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種用于無線傳感網絡的自適應聚類傳輸發(fā)法及其裝置。
背景技術：
在現有技術中，公知的技術是在無線傳感器網絡監(jiān)測監(jiān)控領域之中，經常需要使網絡工作在自然環(huán)境極其惡劣，甚至人類無法到達的區(qū)域，這導致無線傳感器網絡中的節(jié)點很多都無法補充能量；同時受限于當前電池生產工藝的瓶頸，以及制造成本等方面的考慮，無線傳感器節(jié)點的能量通常又非常有限；以上兩個原因使得在無線傳感器領域中存在的首要問題即能耗問題。研究表明，無線傳感器在工作中的能量絕大部分消耗在無線通信模塊，也即消耗在信息的轉發(fā)過程中，所以如何減少這部分的能耗就是無線傳感器研究領域的一個重點。
無線傳感器網絡用以節(jié)約能耗的主要手段即均衡利用能量和建立節(jié)能路由，無論是單跳通信還是多跳通信，當通信距離發(fā)生較大變化時都會導致節(jié)點在能量使用上的不均衡，這種情況一旦得不到有效遏制則很容易造成通信負荷較大的節(jié)點能量耗盡而成為死亡節(jié)點，當死亡節(jié)點大幅增加時就會形成網絡空洞，進而導致網絡整體效能的直線下降乃至網絡癱瘓。均衡利用能 量的基本思想就是避免出現網絡空洞，通過相對復雜的計算和控制機制來平衡全網的能量消耗，但這樣同時也會引入額外的控制開銷。同樣建立節(jié)能路由也是針對全網而非單個節(jié)點的能量消耗，對于理想的通信環(huán)境而言最佳路由即通信能耗最小的路由。在路由選擇的同時，使用單徑通道可以節(jié)省計算和存儲方面的開銷，而使用多徑通道卻又能對數據傳輸的可靠性提供更高的保證，這使得節(jié)能路由選擇方面的考慮更加復雜。
無線傳感器網絡用以節(jié)約能耗的另一個重要手段就是數據融合，也即節(jié)點將接收到的數據進行相干解析或壓縮編碼，從而降低信息的冗余度。在無線傳感器網絡中節(jié)點會收集到大量的信息，但是又受到能量與時間的限制不能將所有信息全部發(fā)送至基站，所以通過信息融合技術可以將處理后的有效信息以最小能量代價傳遞給基站，這樣既可以節(jié)約能量又降低了路徑擁塞幾率，從總體上提高了無線傳感器網絡收集數據的效率。無線傳感網絡中的數據融合技術包括數據交換、數據聚集、編解碼技術等，在分簇網絡結構中數據融合的任務通常由各簇頭節(jié)點完成，這也導致簇頭節(jié)點在其工作周期之內相對普通節(jié)點要進行更多的運算和操作，從而更進一步加大了簇頭節(jié)點的能耗，也更容易產生網絡空洞。
無線傳感器路由協議與應用領域高度相關，因為單一的路由協議無法滿足各類需求，故而無線傳感器網絡的路由協議也尤其豐富，可以依據其通信模式、網絡結構、路由建立、狀態(tài)維護、節(jié)點標識及投遞方式等進行廣泛的分類。其中依據網絡結構將其劃分為平面路由協議、層次路由協議和基于地理信息的路由協議。總體而言在非基于地理信息的路由協議中傳感器節(jié)點要承擔更多的感知和計算任務，這些都會對節(jié)點的能耗產生較大的影響；此外研究表明層次型路由協議在節(jié)能性能之上要普遍優(yōu)于平面型路由協議，但由于在對全網信息的準確把握方面還存在缺陷，其性能有時也會非常不穩(wěn)定。，這是現有技術所存在的不足之處。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種用于無線傳感網絡的自適應聚類傳輸發(fā)法及其裝置的技術方案，該方案可以大幅延長全網的壽命，在每一輪的傳輸過程中基站統(tǒng)計全網的地理和能量信息，并在新一輪開始前將這些信息廣播至全網； 無線傳感器節(jié)點使用廣泛的地理和能量信息作出更加明智的存儲、路由和傳輸選擇。
本方案是通過如下技術措施來實現的一種無線傳感器網絡自適應聚類傳輸方法，其特征在于包括如下步驟
I)對節(jié)點進行初始化；
2)選取簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點廣播自身的簇頭地位，所有為當選簇頭節(jié)點的普通節(jié)點依據距離相近的原則請求加入簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點接收到請求加入的消息后，生成一個 TDMA定時信息表和CDMA擴頻編碼，將它們與允許節(jié)點加入的消息一同發(fā)送到請求節(jié)點，直至全網節(jié)點都確認加入某個簇節(jié)點；
3)數據傳輸時，構建全 部的簇頭節(jié)點之間的最小生成樹。
所述的步驟2)根據節(jié)點的能量水平篩選簇頭節(jié)點，凡是能量水平未能達到閾值 E。的候選節(jié)點都將即時解除候選節(jié)點的身份，這樣經過兩步選取之后即可得到新的簇頭節(jié)點集合c (m)，其中閾值E?？杀硎緸槿缦率溅?—dcod
權利要求
1.一種無線傳感器網絡自適應聚類傳輸方法，其特征在于包括如下步驟 1)對節(jié)點進行初始化； 2)選取簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點廣播自身的簇頭地位，所有為當選簇頭節(jié)點的普通節(jié)點依據距離相近的原則請求加入簇頭節(jié)點,簇頭節(jié)點接收到請求加入的消息后，生成一個TDMA定時信息表和CDMA擴頻編碼，將它們與允許節(jié)點加入的消息一同發(fā)送到請求節(jié)點，直至全網節(jié)點都確認加入某個簇節(jié)點； 3)數據傳輸時，構建全部的簇頭節(jié)點之間的最小生成樹。
2.根據權利要求I所述的無線傳感器網絡自適應聚類傳輸方法，其特征是所述的步驟2)根據節(jié)點的能量水平篩選簇頭節(jié)點，凡是能量水平未能達到閾值E。的候選節(jié)點都將即時解除候選節(jié)點的身份，這樣經過兩步選取之后即可得到新的簇頭節(jié)點集合c(m)，其中閾值E?？杀硎緸槿缦率?br> 3.根據權利要求I所述的無線傳感器網絡自適應聚類傳輸方法，其特征是所述的步驟2)中點當選簇頭節(jié)點后實施一定的休眠以降低其迅速死亡的概率，如果傳感器節(jié)點S(I)在某一輪中當選為簇頭節(jié)點，則同時將其休眠計數器數值置為T。每輪傳輸中各節(jié)點將自身的休眠周期信息發(fā)送給基站，而基站則在每輪開始時將這些信息廣播至全網，這樣在數據傳輸的時候節(jié)點首先檢查自身的休眠周期是否為O，如果是則正常參與傳輸，如果不是則將休眠計數值減I，之后將數據發(fā)送至最近的休眠周期為O且能量水平較佳的節(jié)點。如果不存在這樣的轉接節(jié)點，則該節(jié)點進入完全休眠狀態(tài)，即本輪監(jiān)測的數據將不再上傳，而是存儲下來，等待與下一輪的監(jiān)測數據進行數據融合之后一并發(fā)送。
4.根據權利要求I所述的無線傳感器網絡自適應聚類傳輸方法，其特征是所述的步驟3)通過PRIM算法構建全部簇頭節(jié)點之間的最小生成樹，在計算鄰接邊權值的時候通過計算全部簇頭節(jié)點的平均能量水平來評價各節(jié)點之間的隱藏通信權值，使得能量水平相對較低的簇頭節(jié)點所屬鄰接邊權值相應增大，從而降低該鄰接邊選入最小生成樹的概率，也即降低兩端節(jié)點頻繁轉接數據的可能性，具體公式如下所示 ffc = ff/(Ea+Eb) 式中W。為考慮了隱藏權值屬性后的最終權值，W為原始權值也即簇頭節(jié)點之間的距離，Ea與Eb分別為鄰接邊兩端相鄰簇頭節(jié)點的當前歸一化能量值。
5.一種用于權利要求I所述方法的無線傳感器裝置，其特征是包括中央處理器，所述的中央處理器與功率控制器連接，所述的功率控制器分別與發(fā)射天線和接收天線連接，所述的中央處理器還分別與存儲器、休眠計數器、GPS定位模塊連接，另外，有一電源模塊與微處理器連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線傳感網絡自適應聚類傳輸發(fā)法及其裝置的技術方案，該方案包括中央處理器，所述的中央處理器與功率控制器連接，所述的功率控制器分別與發(fā)射天線和接收天線連接，所述的中央處理器還分別與存儲器、休眠計數器、GPS定位模塊連接，另外，有一電源模塊與微處理器連接，給整個裝置供電。該方案可以大幅延長全網的壽命，在每一輪的傳輸過程中基站統(tǒng)計全網的地理和能量信息，并在新一輪開始前將這些信息廣播至全網；無線傳感器節(jié)點使用廣泛的地理和能量信息作出更加明智的存儲、路由和傳輸選擇。
文檔編號H04L1/00GK102983948SQ20121055710
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者張永德, 周賢偉, 朱躍龍 申請人:山東黃金集團有限公司