專利名稱：基于leach的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡領域，涉及大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分簇過程中最優(yōu)簇頭選取的方法，適用于現(xiàn)有的不同應用場景的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式，人們可以通過傳感器網(wǎng)絡直接感知客觀世界，從而極大的擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡的功能和人類認識世界的能力。無線傳感器網(wǎng)絡涉及計算機、網(wǎng)絡、通信、傳感器等眾多學科，已經成為目前IT領域中的研究熱點之一。在無線傳感器網(wǎng)絡中，無線傳感器節(jié)點能量有限且一般沒有能量補充，因此路由·協(xié)議需要高效利用能量，同時無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目往往很大，無線傳感器節(jié)點只能獲取局部拓撲結構信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡信息的基礎上選擇合適的路徑。傳感器網(wǎng)絡具有很強大的應用相關性，不同應用中的路由協(xié)議可能差別很大，沒有一個通用的路由協(xié)議。LEACH(Low-energy Adaptive Clustering Hierarchy)方法是一種自適應分族拓撲控制方法，將網(wǎng)絡中的無線傳感器節(jié)點劃分為若干個簇，每個簇有一個簇頭用來對簇內其它普通無線傳感器節(jié)點進行管理和數(shù)據(jù)收集，簇頭將接收到的簇內無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)進行融合后發(fā)送到SINK節(jié)點。LEACH算法采取簇頭輪換機制，能夠保證各無線傳感器節(jié)點等概率的擔任簇頭，將網(wǎng)絡能耗平均分攤到每個無線傳感器節(jié)點上，無線傳感器節(jié)點能耗比較均勻；隨機選取的簇頭能夠進行數(shù)據(jù)融合，減少網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)通信量，減少能耗，從而延長了網(wǎng)絡的生存周期。雖然LEACH方法大大推遲了無線傳感器節(jié)點死亡的時間，但是LEACH方法仍然存在一定缺陷一方面，LEACH方法的簇頭是隨機選取的，導致簇頭節(jié)點在數(shù)目上和網(wǎng)絡中的不均勻分布。在簇頭分布上，若簇頭位置靠近簇的邊緣，則導致簇內普通無線傳感器節(jié)點與簇頭通信總能量消耗較大；若簇頭聚集分布在某一監(jiān)測區(qū)域，則造成簇的大小不均勻，增加網(wǎng)絡能耗。另一方面，LEACH方法在簇頭選取上沒有考慮無線傳感器節(jié)點的剩余能量，它假設每個無線傳感器節(jié)點的能量相同，這在實際情況中是不可能的。如果某個無線傳感器節(jié)點的剩余能量比較小，而它又恰巧被選為簇頭節(jié)點，由于簇頭的能量消耗比較大，這樣的簇頭節(jié)點會提前死亡，該簇所收集的信息將不能傳回SINK節(jié)點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法，對用LEACH方法選取的隨機簇頭進行調整，選擇其中的最優(yōu)簇頭作為最終簇頭，以避免簇頭的隨機選取造成的無線傳感器節(jié)點提前死亡，適用于不同的應用場景，減少網(wǎng)絡能耗，提聞生存周期。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案包括如下步驟
(I)根據(jù)LEACH協(xié)議選取臨時簇頭

權利要求
1.一種基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法，根據(jù)LEACH協(xié)議對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行分簇，隨機選取臨時簇頭，再依據(jù)應用場景對臨時簇頭進行調整選取最優(yōu)簇頭，將最優(yōu)簇頭作為最終簇頭，所述分簇方法具體包括如下步驟(1)根據(jù)LEACH協(xié)議選取臨時簇頭
2.根據(jù)權利要求1所述的基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法，其特征在于所述步驟(3)的判斷選取的臨時簇頭的合理性并選取最終簇頭的方法按如下步驟進行(2a)普通無線傳感器節(jié)點向簇頭發(fā)送JOIN信息時，JOIN信息會被本簇內的其他無線傳感器節(jié)點偵聽檢測到，用參數(shù)Ni表示無線傳感器節(jié)點i能夠接收到本簇無線傳感器節(jié)點 JOIN信息的個數(shù)，用N自表示臨時簇頭接收到入簇消息JOIN的個數(shù)，即本簇的普通無線傳感器節(jié)點總個數(shù)，如果簇內存在無線傳感器節(jié)點個數(shù)Ni ^ 要對臨時簇頭進行調整，其中，0.5 < β < I, β隨著無線傳感器網(wǎng)絡的規(guī)模以及無線傳感器節(jié)點的密度不同而改變； (2b)臨時簇頭以已=O. 5Pmax的功率向簇內無線傳感器節(jié)點發(fā)送簇頭競爭調整消息； 其中，參數(shù)匕表示臨時簇頭發(fā)送簇頭競爭消息的功率，Pmax表示臨時簇頭與簇內最遠無線傳感器節(jié)點的通信功率，在無線傳感器節(jié)點向臨時簇頭發(fā)送JOIN信息時Pmax能夠測出；(2c)接收到簇頭競爭調整消息的無線傳感器節(jié)點啟動定時器，定時時間與無線傳感器節(jié)點的剩余能量信息和無線傳感器節(jié)點接收其他無線傳感器節(jié)點JOIN信息數(shù)有關，定時時間結束后無線傳感器節(jié)點發(fā)送定時結束信息，其他無線傳感器節(jié)點收到定時結束信息后取消定時器；無線傳感器節(jié)點的定時器時間為
3.根據(jù)權利要求1所述的基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法，其特征在于所述步驟(4)的穩(wěn)定數(shù)據(jù)通信階段的通信過程如下(3a)簇間采用CDMA多址方式，簇內采用TDMA多址方式，在每一幀中，各無線傳感器節(jié)點工作在各自的時隙上，不在自己的時隙時無線傳感器節(jié)點關閉無線通信模塊以節(jié)約能(3b)各無線傳感器節(jié)點持續(xù)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，在自己的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)消息Data給簇頭； (3c)簇頭先對從各個無線傳感器節(jié)點接收來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理，產生一個新的 Data,最后將數(shù)據(jù)發(fā)給Sink節(jié)點，進一步減少了通信業(yè)務量；(3d)在一個幀長中所有無線傳感器節(jié)點都完成了一次通信，網(wǎng)絡中所有無線傳感器節(jié)點采集的信息通過簇頭向Sink發(fā)送了一次，數(shù)據(jù)通信階段如此反復地執(zhí)行若干個幀長。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡分簇方法，其實現(xiàn)步驟為按照LEACH協(xié)議產生臨時簇頭并分簇；判斷選取的臨時簇頭是否是最優(yōu)簇頭，如果不是，則調整簇頭，采取簇頭競爭調整機制，選擇本簇中的最優(yōu)簇頭節(jié)點當選為最終簇頭；進行數(shù)據(jù)通信，簇內普通節(jié)點把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭，簇頭進行數(shù)據(jù)融合后，最終發(fā)給Sink節(jié)點。本發(fā)明針對不同類型的應用場景采取不同的簇頭調整策略，不僅兼顧了簇頭的分布位置和簇頭的剩余能量，采取簇頭競爭調整方法，避免節(jié)點輪詢的能量消耗，減少了簇內的網(wǎng)絡消耗，減少網(wǎng)絡開銷，提高了網(wǎng)絡的生存期，適用于現(xiàn)有的網(wǎng)絡以及未來將出現(xiàn)的各種大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的要求。
文檔編號H04W40/02GK103024849SQ20121036607
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日2012年9月27日
發(fā)明者史琰, 盛敏, 于勝濤, 楊敏, 郭丹, 牛永彬 申請人:西安電子科技大學