一种无线传感器执行器网络分簇方法技术

一种无线传感器执行器网络分簇方法，包括以下步骤：第一步，确定执行器节点数量和传感器节点位置；第二步，执行器节点之间互相通信，交换剩余能量信息和执行能力信息；第三步，执行器节点根据获取到的信息利用加权维诺图的方法进行网络分簇；第四步，每个执行器节点把分簇信息转发给簇内的传感器节点；第五步，每个传感器节点向自己簇头的执行器节点发送ACK信息，确认加入。本发明专利技术利用加权维诺图方法将网络中的节点分成不同簇，减少了网络能耗，并且提升了网络节点能量消耗的公平性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络
，具体涉及一种新型的无线传感器执行器网络分区 方法。
技术介绍
无线传感器执行器网络（WirelessSensorandActorNetwork，WSAN)是由部 署在监测区域内大量低成本、低功耗、具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的传感节 点，以及少量具备处理和通信能力、能主动对外部环境实施操作、能量资源丰富（更长的电 池寿命或者恒定电源）的执行器节点通过自组织方式形成的网络，其目的是由传感节点协 作采集、处理和传输网络覆盖区域中被感知对象的信息，执行器节点根据传感节点感知信 息并对外部环境实施相应的行为。与之相比，单纯的无线传感器网络（WirelessSensor Network，WSN)只有感知和汇聚数据的功能，所以WSAN具有更为广泛的应用前景。 能量是WSAN中最重要的网络资源，无论是对传感器节点还是执行器节点来说。 WSAN的一个重要研究方向就是节能，随着研究的进展，目前已经并不仅仅停留在减少网络 节点整体能耗上，还要求提升网络节点能耗的公平性，即各个同类节点的能耗尽量均匀，这 样才能避免关键节点耗尽能量而导致WSAN无法运行。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供了。包 括以下步骤： 第一步，确定执行器节点数量和传感器节点位置； 第二步，执行器节点之间互相通信，交换剩余能量信息和执行能力信息； 第三步，执行器节点根据获取到的信息利用加权维诺图的方法进行网络分簇； 第四步，每个执行器节点把分簇信息转发给簇内的传感器节点； 第五步，每个传感器节点向自己簇头的执行器节点发送ACK信息，确认加入。 进一步的，执行器节点采用分布式或者集中式的方法构造加权维诺图。 进一步的，每一个的维诺分簇由一个执行器节点和一组传感器节点组成，由执行 器节点作为簇头，统筹管理簇内传感器节点来完成网络任务。进一步的，所述传感器节点的 位置根据执行器向周围发出的位置信号确定。 进一步的，令A= {ADH..AJ为2D监控平面内不同执行器节点的集合，If 为每个执行器节点的剩余能量，cr为每个执行器节点的执行能力，则加权维诺图可以表 示为：。记执行器节点的加权 维诺图为V/，则有 本专利技术利用加权维诺图方法将网络中的节点分成不同簇，减少了网络能耗，并且 提升了网络节点能量消耗的公平性。【附图说明】 图1为本专利技术一实施例，一种新型的无线传感器执行器网络簇方法中执行器节点 维诺分簇图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附 图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 本实施中提供了。包括以下步骤： 第一步，确定执行器节点数量和传感器节点位置； 第二步，执行器节点之间互相通信，交换剩余能量信息和执行能力信息； 第三步，执行器节点根据获取到的信息利用加权维诺图的方法进行网络分簇； 第四步，每个执行器节点把分簇信息转发给簇内的传感器节点； 第五步，每个传感器节点向自己簇头的执行器节点发送ACK信息，确认加入。具体 的，定义1如下： 以d(a，b)代表点a和b之间的欧氏距离，在平面中我们可以得到： 令A= {AdA2,A3. . .AN}为2D监控平面内不同执行器节点的集合， 这些节点可以看做维诺多边形的生长中心。任给A为监控区域内一点，令则&~为执行器节点4的维诺多边形。任 给A内一执行器节点~，就有一对应的维诺多边形。显而易见，整个执行器节点的监控 区域就是由这些维诺多边形组成的，记为VA，则彳维诺多边形 Ka,、是由一个执行器节点Ai和一组传感器节点S={SuS2,S3. . .Sn}组成，也就是WSAN的 一个维诺分簇。簇内所有传感器节点到执行器节点Si的距离比到其他任何一个执行器节 点都要小。图1展示了一个典型的执行器节点维诺分簇图，图中用实心圆点来代表执行器 节点，周围的多边形区域就是维诺分簇。显然的，当执行器节点个数为n的时候，整个WSAN 被分割为n个维诺分簇，每一个的维诺分簇由一个执行器节点和一组传感器节点组成，由 执行器节点作为簇头，统筹管理簇内传感器节点来完成网络任务。维诺图有两个显著的特 点，第一个就是维诺分簇的个数随执行器节点数量的增加而线性增加，并不复杂；第二个是 局部动态特性，执行器节点数目改变只对邻近的维诺分簇产生影响。 图1所示的只是最基本的一种情况，但是在实际应用中，虽然起始阶段执行器节 点能量丰富，但是每个执行器节点的操作和通信所耗费的能量是不一样的，所以当网络运 行一定时间之后，每个执行器节点的剩余能量可能有所不同；除此之外，由于执行器节点硬 件上的差异，可能每个执行器节点的执行能力也并不相同。为了提升网络公平性，需要统 筹安排执行器节点的通信和操作行为。主要思想为，剩余能量较多的执行器节点承担较多 的通信任务，并且结合执行器节点本身执行能力来决定每个执行器节点负责操作区域的范 围。考虑到执行器节点的剩余能量和执行能力，本实施例中提出了基于加权维诺图对执行 器节点进行分区的协议。 定义2:加权维诺图令A={AyA2,A3. . .AJ为2D监控平面内不同执行器节点的 集合，为每个执行器节点的剩余能量，^广为每个执行器节点的执行能力，则加权维诺 图可以表示为：。记执行器节点 的加权维诺图为V/，则有 在本实施例中，提出了一种面向能量有效性的无线传感器执行器网络（Wireless SensorandActorNetwork)WSAN协议，VDMST(ProtocolbasedonweightedVoronoi diagramandDegree-constrainedMinimumSpanningTree),主要思想为利用加权维诺图 方法将网络中的节点包括传感器节点和执行器节点分成不同簇，以便减少网络能耗，并且 提升网络节点能量消耗的公平性。 本协议在运行过程中分成多个循环执行的回合，每个回合都会对簇进行维护，首 先执行器节点互相通信，交换剩余能量信息和执行能力信息，其次执行器节点使用分布式 或者集中式的方法，根据获取的信息构造加权维诺图，接下来每个执行器节点把分簇信息 转发给簇内的传感器节点，最后，每个传感器节点向自己簇头的执行器节点发送ACK信息， 确认加入。 其中，ACK，是在数据通信传输中，接收站发给发送站的一种传输控制字符，它表示 确认发来的数据已经接受无误。 本实施例利用加权维诺图方法将网络中的节点分成不同簇，减少了网络能耗，并 且提升了网络节点能量消耗的公平性。 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的精 神和范围。【主权项】1. ，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，确定执行器节点数量和传感器节点位置； 第二步，执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的无线传感器执行器网络分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，确定执行器节点数量和传感器节点位置；第二步，执行器节点之间互相通信，交换剩余能量信息和执行能力信息；第三步，执行器节点根据获取到的信息利用加权维诺图的方法进行网络分簇；第四步，每个执行器节点把分簇信息转发给簇内的传感器节点；第五步，每个传感器节点向自己簇头的执行器节点发送ACK信息，确认加入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冷金敏，李迪，冯涛，魏昌超，赵喜进，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司聊城供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11