一種基于能耗的leach輪換時間動態(tài)調(diào)整方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于LEACH協(xié)議的輪換時間動態(tài)調(diào)整方案，屬于無線傳感器網(wǎng)絡【技術領域】。該方案包括如下內(nèi)容：簇形成后，簇頭節(jié)點收集簇內(nèi)所有成員節(jié)點的位置和剩余能量信息，并將信息融合后向基站回報；基站根據(jù)各簇的信息，評選出最大簇，并根據(jù)最大簇的剩余能量調(diào)整該輪的持續(xù)時間以及其它簇的數(shù)據(jù)傳輸時間。LEACH協(xié)議中應用本發(fā)明提出的基于能耗的LEACH協(xié)議的輪換時間動態(tài)調(diào)整方案，可以有效優(yōu)化選簇周期、平衡節(jié)點間能量消耗、延長網(wǎng)絡生存周期。
【專利說明】-種基于能耗的LEACH輪換時間動態(tài)調(diào)整方案

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于能耗的Leach輪換時間動態(tài)調(diào)整方案，屬于無線傳感器網(wǎng)絡

【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 延長網(wǎng)絡的生命周期是一個無線傳感網(wǎng)絡中重要的問題。很多學者也提出了很多 高效節(jié)能的協(xié)議來延長無線傳感網(wǎng)絡的生命周期。目前，通過網(wǎng)絡分簇來實現(xiàn)能量的均衡 以此實現(xiàn)延長網(wǎng)絡生命周期是研究的熱點方向。LEACH算法是由Heinzelman等人提出的最 流行的基于分簇的高效節(jié)能的通信協(xié)議，協(xié)議通過對節(jié)點進行分簇并將能量均衡負載到各 個簇中來降低網(wǎng)絡中總能量的消耗。為了確保能量的均衡消耗，LEACH周期性的在所有節(jié) 點中隨機選擇節(jié)點來充當簇頭。LEACH協(xié)議是以"輪"來實現(xiàn)的。每一輪包括：建立階段和 穩(wěn)定運行階段。建立階段要完成簇頭節(jié)點的選擇、簇頭節(jié)點的廣播、非簇頭節(jié)點的加入的簇 形成過程以及簇頭節(jié)點為簇內(nèi)成員分配TDMA時隙的TDMA調(diào)度過程；在穩(wěn)定運行階段，簇頭 接受來自其成員的消息并將聚合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。然而，LEACH的許多參數(shù)可以影響 協(xié)議的性能，這些參數(shù)都有待優(yōu)化，如，閥值，簇的數(shù)目等等。因此，許多學者都致力于優(yōu)化 LEACH的參數(shù)來提高LEACH的性能。盡管很多人對LEACH做了不同的優(yōu)化，但是LEACH每 一輪持續(xù)的時間卻很少有人研究。每一輪持續(xù)時間的長短對于網(wǎng)絡的整個性能是很關鍵 的。如果時間太長，那么簇頭就長時間的處于活躍狀態(tài)，簇頭節(jié)點的能量就會很快的消耗完 畢；如果時間太短，簇頭的選擇過于頻繁導致過多的能量浪費在簇建立階段，因為這一階段 是不會發(fā)送數(shù)據(jù)的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服已有技術存在的缺陷，提出了一種基于能耗的Leach輪 換時間動態(tài)優(yōu)化算法。
[0004] 本發(fā)明的思想是根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點數(shù)量和能量消耗的不同，動態(tài)的調(diào)整每輪的持續(xù)時 間，以此來優(yōu)化LEACH的選簇周期、平衡節(jié)點間的能量消耗、延長網(wǎng)絡的生存周期。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種基于能耗的LEACH協(xié)議的輪換時間動態(tài)調(diào)整方案，包括以下內(nèi)容：
[0007](一）網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點具備感知自己位置和剩余能量的能力；
[0008] (二）簇形成后，簇頭節(jié)點收集簇內(nèi)所有成員節(jié)點的位置和剩余能量信息；
[0009] (三）簇頭節(jié)點向基站報告簇內(nèi)所有成員節(jié)點的剩余能量或剩余總能量和節(jié)點數(shù) 信息；
[0010](四）基站根據(jù)收集到的所有簇信息，按照節(jié)點數(shù)和剩余總能量由大到小對簇排 序，并將排在首位的簇選為最大簇，記最大簇的簇號為j ; toon](五）基站根據(jù)最大簇的剩余總能量使用下式動態(tài)調(diào)整最大簇的本輪持續(xù)時間：
[0012]

【權利要求】
1. 一種基于LEACH協(xié)議的輪換時間動態(tài)調(diào)整方案，其特征在于，包括以下內(nèi)容： (一） 網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點具備感知自己位置和剩余能量的能力； (二） 簇形成后，簇頭節(jié)點收集簇內(nèi)所有成員節(jié)點的位置和剩余能量信息； (三） 簇頭節(jié)點向基站報告簇內(nèi)所有成員節(jié)點的剩余能量或剩余總能量和節(jié)點數(shù)信 息； (四） 基站根據(jù)收集到的所有簇信息，按照節(jié)點數(shù)和剩余總能量由大到小對簇排序，并 將排在首位的簇選為最大簇，記最大簇的簇號為j ; (五） 基站根據(jù)最大簇的剩余總能量使用下式動態(tài)調(diào)整最大簇的本輪持續(xù)時間：
其中，t_d為基準輪時間，& 為簇j在本輪的持續(xù)時間，為簇j的剩余總能 量，Ej_init為簇j的初始總能量； 使用下式動態(tài)調(diào)整其它簇在本輪的數(shù)據(jù)傳輸時間： k =1
其中，h _d為簇i在本輪的數(shù)據(jù)傳輸時間，& 為簇j在本輪的持續(xù)時間，Ei 為簇i的剩余總能量，Ei_init為簇i的初始總能量，為簇i包含的節(jié)點數(shù)，rij為簇j包含 的節(jié)點數(shù)，E ele。表示傳播一比特數(shù)據(jù)所消耗的能量，EDA表示聚合一比特數(shù)據(jù)所需能量，屯 toBS代表簇i的簇頭節(jié)點到基站的距離，dk_toCH代表簇內(nèi)成員節(jié)點k到簇頭結點的距離，ε _ 表示當d >屯時射頻放大器傳輸lbit單位平方米的平方所耗的能量，屯為預先假定的閥 值距離，ε fs表示當d <屯時射頻放大器傳輸lb it單位平方米所耗的能量； (六） 基站將ti r_d和tj r_d發(fā)回各簇的簇頭節(jié)點； (七） 最大簇的簇頭節(jié)點在tu_d時間內(nèi)為簇內(nèi)各成員節(jié)點分配數(shù)據(jù)傳輸時隙，其它 簇的簇頭節(jié)點在ti Mund時間內(nèi)為簇內(nèi)各成員節(jié)點分配數(shù)據(jù)傳輸時隙； (八） 各簇內(nèi)成員節(jié)點在簇頭節(jié)點為其分配的時隙內(nèi)向簇頭傳輸數(shù)據(jù)，簇頭節(jié)點對接 收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合后再將信息傳送給基站； (九） 各簇i在經(jīng)過h round時間后，休眠 tj-round ^i_round 時間后被喚醒，此后全網(wǎng)進入新 一輪的簇建立和穩(wěn)定運行階段，簇形成后從步驟（二）重新開始新一輪的輪時間動態(tài)調(diào)整 和穩(wěn)定運行過程。
【文檔編號】H04W40/10GK104093184SQ201410320566
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】禮欣, 李遵光, 張鴻雁, 樊秀梅 申請人:北京理工大學