機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的簇頭選擇方法、分簇方法以及機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的簇頭選擇方法、分簇方法W 及機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)是一種不需要源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間存在完整路徑，利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來 的相遇機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的自組織網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)簇，每個(gè)簇均包括 多個(gè)節(jié)點(diǎn)。分簇即是將一個(gè)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)簇，簇內(nèi)分為簇頭節(jié)點(diǎn)和簇成員節(jié)點(diǎn)。每個(gè) 簇由一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)和多個(gè)簇成員節(jié)點(diǎn)組成，簇成員節(jié)點(diǎn)具有相同的能量、存儲(chǔ)容量，而簇頭 節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的能量、計(jì)算W及管理能力。簇成員節(jié)點(diǎn)把收集到的信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，簇 頭節(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)給基站。在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，一種基于數(shù)據(jù)分發(fā)的分簇算法能 夠有效減小能量的消耗。
[0003]目前普遍使用的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用的分簇方法主要有：固 定簇半徑白勺分簇（AHybrid，Energy-EfficientDistributedclustering曰ppro曰ch，簡 稱肥?。﹨f(xié)議、能量高效聚集的傳感器信息系統(tǒng)（Power-EfficientGAtheringinSensor In化rmationSystems,簡稱陽GASI巧協(xié)議、闊值敏感的高能效傳感器網(wǎng)絡(luò)（T虹eshold SensitiveEnergyEfficientSensorNetwork，簡稱TEEN)協(xié)議。
[0004] 其中，肥邸協(xié)議周期性地選舉簇頭節(jié)點(diǎn)。在全網(wǎng)時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，能量消耗平 均分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上從而提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇取決于節(jié)點(diǎn)的剩余能量，運(yùn) 就意味有著更多剩余能量的節(jié)點(diǎn)可能成為簇頭。肥邸協(xié)議考慮將節(jié)點(diǎn)的剩余能量作為一個(gè) 參考變量，讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗趨于均勻化，但是沒有考慮簇頭節(jié)點(diǎn)和中屯、網(wǎng)關(guān)之間的 能量消耗問題。 陽0化]PEGASIS協(xié)議的分簇算法中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一條鏈，節(jié)點(diǎn)收集、融合數(shù)據(jù)并將 其傳輸?shù)街型汀⒕W(wǎng)關(guān)，運(yùn)種鏈?zhǔn)铰窂椒椒☉?yīng)用了貪婪算法。但在多跳網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)需要更 新鄰居節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)調(diào)整的，拓?fù)湔{(diào)整將會(huì)造成較大的能量開銷。與 此同時(shí)，距離遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)造成較長的數(shù)據(jù)延遲。
[0006]TEEN協(xié)議在簇建立過程中，簇頭是在所有節(jié)點(diǎn)中W均等的概率隨機(jī)選擇產(chǎn)生的， 其他節(jié)點(diǎn)加入簇頭所在的簇內(nèi)。簇頭處理數(shù)據(jù)并W時(shí)分多址接入的方式廣播數(shù)據(jù)的硬闊值 和軟闊值給簇成員。由于在TEEN協(xié)議中，簇頭和基站之間使用單跳通信方式，因此導(dǎo)致了 更多的能量消耗。
[0007] 對(duì)于大規(guī)模的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)，選取簇頭節(jié)點(diǎn)，將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分區(qū)，避免網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)因自身待 轉(zhuǎn)發(fā)消息過多造成存儲(chǔ)空間不足，同時(shí)也避免因節(jié)點(diǎn)尋找路由造成的控制消息過多而浪費(fèi) 有限的網(wǎng)絡(luò)資源等。機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)是從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中延伸而來的，在某種程度上可借鑒并 參考部分協(xié)議。但是，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自身的特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)密度相對(duì)稀疏、 節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間小、網(wǎng)絡(luò)中帶寬資源有限、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等問題，因此無法將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的 協(xié)議直接借鑒到機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中。
[000引 目前機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)下的分簇協(xié)議能量消耗大、控制開銷高W及系統(tǒng)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，嚴(yán) 重影響了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、時(shí)延等性能?？梢姡O(shè)計(jì)一種穩(wěn)定、能量開銷小的分簇方式成為目 前亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種機(jī)會(huì)網(wǎng) 絡(luò)的簇頭選擇方法、分簇方法W及機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該簇頭選擇方法W及相應(yīng)的分簇方法減 少能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
[0010] 解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的簇頭選擇方法，包括步 驟：
[0011] 步驟SI):在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)初始化周期內(nèi)，計(jì)算簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)包 括：每個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的平均連通概率與所有簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的最大 連通概率的平均值的比值、節(jié)點(diǎn)周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值W及節(jié)點(diǎn) 消耗的能量與節(jié)點(diǎn)的初始能量比值；
[0012] 步驟S2):計(jì)算并比較節(jié)點(diǎn)的自身的檢驗(yàn)值，確定簇頭。
[0013] 優(yōu)選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：計(jì)算每個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的 平均連通概率與所有簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值A(chǔ):
陽01引其中：E。,康示簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)與其他簇的簇頭的連通概率，連通概率=連通成功的次數(shù) /總連接次數(shù)；n表示簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，m表示其他簇的簇頭數(shù)目也即其他簇的數(shù)目。
[0016] 優(yōu)選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：利用節(jié)點(diǎn)周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn) 周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與整個(gè)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值B:
[001引其中：N。,康示節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，Nt,康示整個(gè)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。
[0019] 優(yōu)選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：根據(jù)節(jié)點(diǎn)消耗的能量，計(jì)算節(jié)點(diǎn)消耗的 能量與節(jié)點(diǎn)的初始能量比值C:
[oow 其中：P。,康示節(jié)點(diǎn)消耗的能量，Pt,康示節(jié)點(diǎn)的初始能量。
[0022] 優(yōu)選的是，步驟S2)具體包括步驟：
[0023] 計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的自身的檢驗(yàn)值T:
[0024] 將檢驗(yàn)值廣播給鄰居節(jié)點(diǎn)，比較所有節(jié)點(diǎn)的自身的檢驗(yàn)值T;
[00巧]每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過比較其周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的檢驗(yàn)值來選擇檢驗(yàn)值T最大的節(jié)點(diǎn)作為簇 頭。
[0026] 優(yōu)選的是，步驟S2)中：
[0028] 其中：y為節(jié)點(diǎn)連通概率比值權(quán)值，
-為每個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的平均 連通概率與所有簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值，0為節(jié)點(diǎn)數(shù)目 比值權(quán)值，
為節(jié)點(diǎn)周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值，P為節(jié)點(diǎn)能量比值
權(quán)值，為節(jié)點(diǎn)消耗的能量與節(jié)點(diǎn)初始能量的比值，上述各權(quán)值滿足：y+ 0 + 6 = 1。
[0029] 一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的分簇方法，包括上述的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的簇頭選擇方法，W及在上述簇 頭選擇方法的基礎(chǔ)上，還包括步驟：
[0030] 步驟S3):根據(jù)確定的簇頭分簇；
[0031] 步驟S4):簇建立后，進(jìn)入簇維護(hù)過程。
[0032] 優(yōu)選的是，在步驟S3)中：簇頭廣播自身消息給周圍鄰居節(jié)點(diǎn)，告知已產(chǎn)生簇頭， 從而建立簇。
[0033] 優(yōu)選的是，在步驟S4)中：如果某些簇頭節(jié)點(diǎn)失效，則簇將重新進(jìn)入初始化過程。
[0034] 一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用上述的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的分簇方法進(jìn)行分簇。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的簇頭選擇方法將簇節(jié)點(diǎn)連通概率、周圍的鄰居 節(jié)點(diǎn)數(shù)W及能量消耗參數(shù)考慮進(jìn)去，通過調(diào)整各個(gè)參數(shù)比的權(quán)值來計(jì)算檢驗(yàn)值，該簇頭選 擇方法W及相應(yīng)的分簇方法能夠減少能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
【附圖說明】
[0036] 圖I為本發(fā)明實(shí)施例中簇頭選擇方法與分簇方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方 式對(duì)本發(fā)明機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的簇頭選擇方法、分簇方法W及機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0038]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種適用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)簇頭選擇方法、 分簇方法W及機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在該簇頭選擇方法中，綜合考慮了簇節(jié)點(diǎn)連通概率、周圍的鄰 居節(jié)點(diǎn)數(shù)W及能量消耗參數(shù)，通過調(diào)整各個(gè)參數(shù)比的權(quán)值來進(jìn)行自適應(yīng)簇頭選擇，從而減 少能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
[0039]簡言之，該簇頭選擇方法中：
[0040]首先，在網(wǎng)絡(luò)初始化的條件下，計(jì)算每個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的平均連通概 率與所有簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值，節(jié)點(diǎn)周圍的鄰居節(jié)點(diǎn) 數(shù)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值，節(jié)點(diǎn)消耗的能量與節(jié)點(diǎn)的初始能量比值；
[0041] 然后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身的檢驗(yàn)值，并將檢驗(yàn)值廣播給鄰居節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過比 較其周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的檢驗(yàn)值來選擇檢驗(yàn)值最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭；
[0042] 相應(yīng)的，在后續(xù)的分簇方法中，簇頭廣播自身消息給周圍鄰居節(jié)點(diǎn)，告知已產(chǎn)生簇 頭，從而建立簇；
[0043] 簇建立后，進(jìn)入簇