本发明专利技术涉及基于节点能量均衡的异构无线传感器网络非均匀分簇方法，本方法主要步骤主要包括以下：对圆形区域以sink为圆心进行多层的区域划分；计算在能量均衡条件下的相邻层之间的簇半径关系，主要根据在网络每轮运行时相邻层的节点能量消耗总量除以各层的节点数的等式，来定量的计算在这个等式成立条件下的相邻层之间簇半径的关系；在得到相邻层之间簇半径的关系后，根据网络具体参数计算每个层簇半径的具体值，最后得到每个层最优簇头数，再由最优簇头数来确定每个层内节点选举簇头的概率公式；相邻层之节点簇头选举及成簇互不影响，即每个层内节点分别加入各个层内的簇。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线传感器网络路由领域，具体的本专利技术涉及基于节点能量均衡的异 构无线传感器网络非均匀分簇方法。根据相邻层区域内节点能量消耗均衡数学模型，计算 在节点能量均衡条件下相邻层内簇半径的关系的一种方法。 技术背景 近年来，随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs)的发展，无线传 感器网络的应用已现于环境的检测、空间的探索、军事、智慧城市等，成为人们日常生活密 不可分的一部分。同时，无线传感器网络的路由对于整个WSNs的技术实现来说是至关重要 的，有效而可靠的路由协议及其优化方式是WSNs技术走向成熟的关键，其中，基于分簇的 路由协议由于在减少能量消耗的优势而被广泛的应用于各类路由协议中，但是分簇的路由 协议也有着自身的缺陷。现今的分簇的路由协议分为两种：均勾分簇路由协议和非均勾分 簇路由协议。非均匀分簇路由协议在继承均匀分簇路由协议减少能量消耗的优点上，同时 避免了网络中的网络漏洞，即根据簇节点到基站距离来不均匀地调整簇半径以达到网络内 外节点的能量消耗均衡，缓解漏洞的出现。 目前针对异构无线传感器网络非均匀分簇方法相关研宄文献如下： 1、Stanislava Soro 等人在 2005 年的《Prolonging the lifetime of wireless sensor networks via unequal clustering》提出一个非均勾分族算法，本算法先将网络 (圆型区域）过分层，通过计算分别将两层均分，每一份即是一个簇（外层的簇大于内层的 簇）。在簇内选择能量最大的作为簇头。这种方式能够很好的减少内层簇的能量消耗，缺点 是非均匀簇的大小是固定的，簇内能量消耗均衡性位置。 2、Guihai Chen 等人在 2007 年的《An Unequal Cluster-based Routing Protocol in Wireless Sensor Networks》的非均勾分簇算法中簇头选举的方式是类似 HEED的，簇头竞争后成簇也就是算法核心就是通过节点到sink的距离来计算簇竞争半径【主权项】1. 一种，其特征在于包括w 下步骤： (1) 在Wsink节点为圆屯、、网络半径为R、节点W密度为P随机均匀的布置在圆形网 络中，对网络进行多层的区域划分； (2) 计算在节点能量均衡条件下的相邻层之间内的簇半径之间的关系，根据在网络每 轮运行时相邻层的节点能量消耗总量除W各层的节点数的等式，W此来定量的计算在该个 等式成立条件下的相邻层之间簇半径的关系； (3) 在得到相邻层之间簇半径的关系后，根据网络具体参数计算每个层簇半径的具体 值，最后得到每个层最优簇头数，再由最优簇头数来确定每个层内节点选举簇头的概率公 式； (4) 在成簇阶段，相邻层之间节点互不影响，即每个层内节点分别加入各个层内的簇， 普通节点选择簇头最近的簇头加入，除此之外，除了簇头因为在各层管理各自簇而有不同 的感知半径外，簇成员节点拥有相同的感知半径，当网络中出现节点无簇可加入的时候，节 点根据一跳范围内节点能量的比较，选择能量最大的当选簇头，其它节点加入该个簇，若有 孤立节点，则自行成为簇头。2. 根据权利要求1所述的， 其特征在于，所述步骤（1)中的网络进行多层的区域划分方法为：根据具体环境要求确定 划分区域的层数，网络中节点是随机布置的，节点并无GI^S装置W确定自身位置，但可通过 网络初始化，根据sink发射的消息的信号强度RSSIW确定其与sink的距离和所在层。3. 根据权利要求1所述的， 其特征在于，所述步骤（1)中网络的异构体现在；网络中节点的初始能量是不同的，并且簇 头感知半径根据所在层的不同而不同，但所有簇成员节点的感知半径是一样的。4. 根据权利要求1所述的， 其特征在于，所述步骤（2)中相邻层之间簇半径的关系的计算方法如下： 节点能量均衡体现在相邻层之间每轮能量消耗比上各自层内节点数后相等，即 ^ ^，其中&表示第i层一轮的能量消耗，Ni表示第i层节点数；W此来定量的计算 在该个等式成立条件下的相邻层之间簇半径的关系； 在簇内节点到簇头平均距离都小于阔值或=^/馬./斬p，且在簇头之间传输距离小于 阔值d。时，得到第i层与第i+1层簇半径关系为其中，Eh是指处理化it的数据包时，在自由空间模型中放大器的能量消耗；Emp是指处理 化it的数据包时，在多径衰减模型中，放大器的能量消耗；分别为第i层和第i+1层 的簇半径，且^其中，Ed。。是指在处理化it的数 据包时，发射电路和接收电路的能量消耗； 在簇内节点到簇头平均距离都小于阔值d。,且在簇头之间传输距离小于阔值d。时，即其中，ri、rw分别为第i层和第i+1层的簇半径，且 宅5.根据权利要求1所述的， 其特征在于，所述步骤（3)的最优簇头数的定义是建立最多簇头数模型和最少簇头数模 型，取两种情况的平均值即是所求的最优簇头数，得到即为第i层内的簇头数， 其中表示第i层的簇半径大小，Si为第i层的面积，在步骤（2)计算出相邻层之间簇半 径的关系后，再根据给定出的初始最外层半径值，然后得到所有相邻层的簇半径，依次类推 计算网络中全部层区域内的簇半径大小，最后即可得到各层的最优簇头数和各层的簇头节 点的选举概率，选举概率公式如下：PnormaU表示第i层的普通节点的簇头选举概率公式，P ad補ee。分别表示表示第i层的 普通节点高级节点的簇头选举概率公式，表示第i层的普通节点的超级节点的簇头 选举概率公式，其中，m为网络异构节点数占总接单数比例，网络异构节点即高级节点和超 级节点，a，P大于1的常数；同时，对于i层的阔值函数应有；r是当前网络运行的轮数，G是本轮网络中仍未当选过簇头的节点集合。【专利摘要】本专利技术涉及，本方法主要步骤主要包括以下：对圆形区域以sink为圆心进行多层的区域划分；计算在能量均衡条件下的相邻层之间的簇半径关系，主要根据在网络每轮运行时相邻层的节点能量消耗总量除以各层的节点数的等式，来定量的计算在这个等式成立条件下的相邻层之间簇半径的关系；在得到相邻层之间簇半径的关系后，根据网络具体参数计算每个层簇半径的具体值，最后得到每个层最优簇头数，再由最优簇头数来确定每个层内节点选举簇头的概率公式；相邻层之节点簇头选举及成簇互不影响，即每个层内节点分别加入各个层内的簇。【IPC分类】H04L12-715, H04W84-18, H04W40-02【公开号】CN104796332【申请号】CN201510250963【专利技术人】韩光洁, 江旭, 刘立, 江金芳 【申请人】河海大学常州校区【公开日】2015年7月22日【申请日】2015年5月15日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于节点能量均衡的异构无线传感器网络非均匀分簇方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在以sink节点为圆心、网络半径为R、节点以密度为ρ随机均匀的布置在圆形网络中，对网络进行多层的区域划分；(2)计算在节点能量均衡条件下的相邻层之间内的簇半径之间的关系，根据在网络每轮运行时相邻层的节点能量消耗总量除以各层的节点数的等式，以此来定量的计算在这个等式成立条件下的相邻层之间簇半径的关系；(3)在得到相邻层之间簇半径的关系后，根据网络具体参数计算每个层簇半径的具体值，最后得到每个层最优簇头数，再由最优簇头数来确定每个层内节点选举簇头的概率公式；(4)在成簇阶段，相邻层之间节点互不影响，即每个层内节点分别加入各个层内的簇，普通节点选择簇头最近的簇头加入，除此之外，除了簇头因为在各层管理各自簇而有不同的感知半径外，簇成员节点拥有相同的感知半径，当网络中出现节点无簇可加入的时候，节点根据一跳范围内节点能量的比较，选择能量最大的当选簇头，其它节点加入这个簇，若有孤立节点，则自行成为簇头。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩光洁，江旭，刘立，江金芳，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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