基于LEACH的无线传感器网络分簇方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103024849A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103024849A(43)申请公布日2013.04.03(21)申请号201210366077.1(22)申请日2012.09.27(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人史琰盛敏于胜涛杨敏郭丹牛永彬(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人张问芬王品华(51)Int.Cl.H04W40/02(2009.01)H04W74/08(2009.01)H04W84/18(2009.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书55页页附图附图22页(54)发明名称基于LEACH的无线传感器网络分簇方法(57)摘要本发明公开一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，其实现步骤为：按照LEACH协议产生临时簇头并分簇；判断选取的临时簇头是否是最优簇头，如果不是，则调整簇头，采取簇头竞争调整机制，选择本簇中的最优簇头节点当选为最终簇头；进行数据通信，簇内普通节点把采集到的数据发送给簇头，簇头进行数据融合后，最终发给Sink节点。本发明针对不同类型的应用场景采取不同的簇头调整策略，不仅兼顾了簇头的分布位置和簇头的剩余能量，采取簇头竞争调整方法，避免节点轮询的能量消耗，减少了簇内的网络消耗，减少网络开销，提高了网络的生存期，适用于现有的网络以及未来将出现的各种大规模无线传感器网络的要求。CN1032489ACN103024849A权利要求书1/2页1.一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，根据LEACH协议对无线传感器网络节点进行分簇，随机选取临时簇头，再依据应用场景对临时簇头进行调整选取最优簇头，将最优簇头作为最终簇头，所述分簇方法具体包括如下步骤：(1)根据LEACH协议选取临时簇头：式[1]中，N表示网络中的无线传感器节点个数，k表示每轮中期望产生的簇头数，Ci(t)＝1表示在本次N/k轮中该无线传感器节点未当选过簇头，Ci(t)＝0表示在本次N/k轮中该无线传感器节点已当选过簇头，Ci(t)在每经过N/k轮时初始化为1；r是选举轮数；表示本次循环中选举轮数，则表示本次循环中当选过簇头的无线传感器节点个数，采用模来保证每个无线传感器节点每经过轮选举当选一次簇头；在每一轮开始的簇的建立阶段，每个无线传感器节点产生一个介于0到1之间的随机数，如果这个随机数小于Pi(t)(0≤Pi(t)≤1)，那么该无线传感器节点当选为临时簇头；如果该随机数大于Pi(t)，该无线传感器节点成为普通节点；(2)根据LEACH协议对网络中无线传感器节点进行临时分簇，每个临时簇头会向全网广播自己成为簇头的广播信息ADV，无线传感器节点选择距离自己最近的临时簇头发送加入信息JOIN；(3)判断选取的临时簇头的合理性，如果临时簇头不合理则进行簇头调整，簇头调整采取竞争方法，收到簇头竞争信息的无线传感器节点启动定时器，到达定时时间后无线传感器节点发送定时结束信息，其他无线传感器节点接收到定时结束信息后取消定时器，最先到达定时时间的无线传感器节点为最终簇头；(4)当最终簇头确定以后，在簇内发送一个广播告知所有无线传感器节点新簇头信息，网络中的分簇结构就建立起来，每一个簇的簇头都是本轮的最优簇头；(5)分簇完成以后，网络进入稳定的数据通信阶段；(6)当稳定数据通信阶段结束后，网络再进入一轮簇头选取，分簇和数据通信工作。2.根据权利要求1所述的基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，其特征在于：所述步骤(3)的判断选取的临时簇头的合理性并选取最终簇头的方法按如下步骤进行：(2a)普通无线传感器节点向簇头发送JOIN信息时，JOIN信息会被本簇内的其他无线传感器节点侦听检测到，用参数Ni表示无线传感器节点i能够接收到本簇无线传感器节点JOIN信息的个数，用N总表示临时簇头接收到入簇消息JOIN的个数，即本簇的普通无线传感器节点总个数，如果簇内存在无线传感器节点个数Ni≥βN总，要对临时簇头进行调整，其中，0.5＜β＜1，β随着无线传感器网络的规模以及无线传感器节点的密度不同而改变；(2b)临时簇头以Pr＝0.5Pmax的功率向簇内无线传感器节点发送簇头竞争调整消息；其中，参数Pr表示临时簇头发送簇头竞争消息的功率，Pmax表示临时簇头与簇内最远无2CN103024849A权利要求书2/2页线传感器节点的通信功率，在无线传感器节点向临时簇头发送JOIN信息时Pmax能够测出；(2c)接收到簇头竞争调整消息的无线传感器节点启动定时器，定时时间与无线传感器节点的剩余能量信息和无线传感器节点接收其他无线传感器节点JOIN信息数有关，定时时间结束后无线传感器节点发送定时结束信息，其他无线传感器节点收到定时结束信息后取