一种异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103281769A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103281769103281769A(43)申请公布日2013.09.04(21)申请号201310260166.2(22)申请日2013.06.27(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人江禹生李萍管芳(51)Int.Cl.H04W52/34(2009.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图2页附图2页(54)发明名称一种异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法(57)摘要本发明涉及一种异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法研究。它包括候选簇头根据自己到基站的距离在不同的半径内竞选簇头，并且下一轮簇头由当前簇头在簇内选取，簇头根据离基站的距离使用最优跳数向基站进行数据转发。本发明利用异构无线传感器网络节点能耗模型，提出一种完全分布式的稳定非均匀分簇的能量均衡方法，在簇头选举方法上综合了节点的剩余能量和节点到竞争半径内其他节点的距离，计算得到节点在簇内的通信代价，节点依据自身通信代价竞选簇头，使得稳定周期内簇头数目稳定，均衡了节点能耗，有效延长了网络的稳定工作周期。CN103281769ACN10328769ACN103281769A权利要求书1/2页1.一种异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，获得网络中每个节点到基站的距离：基站根据网络规模算得最优跳数，然后向全网广播包括跳数消息和候选簇头概率p的基站消息SINK_ADV。网络中所有节点接收基站的消息，根据收到的广播消息的RSSI计算自己到基站的距离dto_sink；步骤2，得到候选簇头节点自身的通信代价：网络中所有节点以概率p当选候选簇头，未当选的节点关闭无线通信模块，进入睡眠状态，直到簇头选举结束。候选簇头节点根据自己到基站的距离计算自身簇头竞选半径RC，并在竞选半径内根据剩余能量和与半径内其它节点的距离计算自身通信代价；步骤3，簇的建立：候选簇头竞选定时器时间到参与竞选，比较竞选半径内候选簇头的通信代价，若自己的通信代价最小，则成为簇头。最终簇头广播自己是簇头并唤醒睡眠节点的消息CLUSTER_HEAD2，其他节点根据簇头广播消息的RSSI加入到最强信号的簇中。若簇头选举定时器时间到，网络存在没有收到簇头广播消息的节点，节点主动以2RC为半径发送NO_CLUSTER消息，（包括自己的节点ID），周围的簇头收到节点的NO_CLUSTER消息，单播向其发送CLUSTER_HEAD2消息，节点根据信号强度选择加入一个簇中；步骤4，稳定传输：簇内节点以单跳方式把数据发送到簇头，簇头进行数据融合，然后查询路由表，选择转发代价最小的簇头作为下一跳。在最后一个发送到簇头的数据包中每个节点向簇头附上自身目前的通信代价。簇头选出本簇中最小通信代价的节点作为下一轮的簇头，其他所有节点跟前面一样自组织入簇。2.根据权利要求1所述的异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法，其特征在于：步骤1中，网络最优跳数为nopt，nopt由下式算得：其中，d＝R/n，l是一个数据包长度，R是簇头距离基站的距离，n为跳数，d为簇头之间的平均距离，d0为信号接传输距离阈值，Eelec为发送和接收1bit数据发送电路和接收电24路所消耗的能量，εfsd和εmpd分别为传输距离小于d0和大于等于d0时每放大1bit数据放大器消耗的能量，En-hop为一个数据包数据经过n跳传输所消耗的能量。基站向全网广播包括跳数消息和候选簇头概率p的基站消息，网络中节点根据收到的广播消息的RSSI计算自己到基站的距离。3.根据权利要求1所述的异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法，其特征在于，步骤2中，候选簇头节点自身的通信代为Costcomm，Costcomm由下式确定：其中，是候选簇头i到竞选半径内其他所有节点的距离平方和，Ni是候选簇头i竞争半径内节点的个数，Eavg是候选簇头i竞争半径内所有候选簇头的平均剩余能量，2CN103281769A权利要求书2/2页Eresidue是候选簇头i的剩余能量。4.根据权利要求3所述的异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法，其特征在于：步骤3中，候选簇头根据自己的通信代价竞选成为簇头，所有节点按接收到簇头的功率大小加入到不同的簇中。5.根据权利要求1，2，3所述的异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法，其特征在于：步骤4中，在最后一个发送到簇头的数据包中，每个节点向簇头附上自身目前的通信代价，簇头选出本簇中最小通信代价的节点作为下一轮的簇头。3CN103281769A说明书1/6页一种异构无线传感器网络非均匀分簇的能耗均衡方法技术领域[00