一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105682170A(43)申请公布日2016.06.15(21)申请号201610143246.3(22)申请日2016.03.14(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市栖霞区文苑路9号(72)发明人沙超贾明伟顾焕钊吴敏仲莲花杨瑞叶宁王汝传(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人汪旭东(51)Int.Cl.H04W40/08(2009.01)H04W40/10(2009.01)H04W52/22(2009.01)H04W84/20(2009.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法(57)摘要本发明公开了一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，该方法在随机部署的无线传感网中，首先基于k-means算法提出了一种分布式均匀分簇方法，该方法可以把网络中的节点大致均匀地分为k个区域，从而均衡网络中节点的能量消耗；随后，在各个形成的簇中，选取各个簇头的邻居节点作为备选簇头，簇头和备选簇头轮转工作收集数据，进一步均衡网络中节点的能耗，使网络中节点的生命周期尽可能一致，从而很好地延长了网络的生命周期。CN105682170ACN105682170A权利要求书1/3页1.一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，其特征在于：所述方法利用随机部署的无线传感网节点，通过不断计算各个簇的质心坐标、不断迭代簇头节点的位置，从而形成多个分布均匀、结构合理的簇结构的数据收集模型；最后，在此基础上，选取簇头的邻居节点作为备选簇头，簇头和备选簇头轮转工作，从而实现能耗均衡的无线传感网络的数据收集。2.根据权利要求1所述的一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在矩形平面网络中，部署N个无线传感网节点，其中，节点的能量受限，且一经部署不能移动，各个节点已知自己的位置坐标；基站位于网络外围边缘处；步骤2：网络中的各节点，随机产生一个0-1之间的随机数，如果这个随机数比阈值小，则对外发布自己为临时簇头的广播消息；步骤3：网络中的剩余节点，若收到临时簇头的广播消息，则继续对外广播此消息并向临时簇头节点发送临时簇内节点加入消息；步骤4：各个簇头节点将收到的临时簇内节点加入消息汇总，并计算簇的质心坐标；步骤5：各个临时簇头节点将簇的质心坐标同本临时簇内节点的坐标相比较，向距离临时簇的质心坐标最近的节点发送新临时簇头节点消息，从而确定新的临时簇；步骤6：距离临时簇的质心坐标最近的节点收到新临时簇头节点消息后，宣布自己为新的临时簇头节点，同时对外广播临时簇头声明消息，重复步骤3-步骤5；步骤7：迭代执行上述步骤，直至临时簇头的位置不再改变，或者迭代的轮数已达到，这时临时簇头发布簇头节点确定消息，从而确定簇头节点；步骤8：网络中的其他节点根据收到的簇头节点确定消息选择距离自己最近的簇头组成簇，同时向簇头发布簇内节点确定消息，确定加入该簇；步骤9：簇头节点选取其邻居节点作为备选簇头，同时根据各个节点的剩余能量计算轮转工作的时间；步骤10：簇头和备选簇头轮转工作从而实现能耗均衡的数据收集。3.根据权利要求2所述的一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2-1：网络中的节点根据公式：(式中N为节点的数量，dtoBS为节点到基站的距离，fs、amp为不同信道传播模型下的功率放大电路能耗系数)计算整个网络中最优的簇头数量；步骤2-2：各个节点产生一个0-1之间的随机数，若随机数小于Kopt/N，则节点宣布自己为临时簇头节点；步骤2-3：临时簇头节点对外广播一个包含自己ID信息及坐标位置的临时簇头消息(TH_MSG)，同时等待一段足够长的时间，以便收到所有的回复消息。4.根据权利要求3所述的基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3-1：网络中的所有非临时簇头节点，在收到临时簇头的广播消息后将此消息缓存下来并继续对外广播；2CN105682170A权利要求书2/3页步骤3-2：非临时簇头节点将所有缓存的临时簇头消息进行比较，选择距离自己最近的临时簇头发送临时簇内节点消息(TADD_MSG)，此消息包含非临时簇头节点的ID、坐标以及临时簇头节点的ID信息。5.根据权利要求4所述的一种基于能耗均衡的分簇式无线传感网数据收集方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4-1：各个临时簇头节点在等待一段时间后，将收集到的所有临时簇内节点消息提取出坐标信息；步骤4-2：将提取出的坐标信息代入公式计算簇的质心坐标(x,y)，其中，xi和yi是各个临时簇头的横纵坐标，k是簇内临时簇头的个数，V0是簇内