一种局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法
【专利摘要】一种局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法，属于无线传感器网络【技术领域】。本发明的目的针对现有分簇算法存在的簇头选举不合理、全局周期性重新成簇高能量消耗等不足问题的局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法。本发明包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段。包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段。分簇拓扑构建阶段通过成簇参数来获得网络中所有节点的成簇参数，并基于该成簇参数来构建分簇的网络拓扑结构。一旦建立网络拓扑结构，就开始运行网络指定的任务。在网络的运行过程中，当簇头节点的剩余能量低于簇内平均剩余能量时，触发局部簇内拓扑维护过程，即备份簇头成为簇头，并重新获得簇内各节点的成簇参数，使成簇参数大的节点成为备份簇头，本发明实时维护网络的稳定，实现平均网络能量消耗、延长网络生命周期的目的。
【专利说明】一种局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线传感器网络【技术领域】。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络中，由于传感器节点能量有限，如何最佳利用能源、减小网络能量消耗是关键问题之一。而拓扑控制无疑是无线传感器网络中一种有效的节能方法，而分簇拓扑控制能有效节省网络能量消耗，延长网络生命周期，并广泛应用于大规模无线传感器网络中。
[0003]分簇拓扑控制中，通常将网络中的节点按所处的角色不同分为簇头节点和成员节点(简称簇头和成员)。簇头由于承担管理簇内成员以及进行数据融合等任务而比普通成员消耗更多的能量，于是更容易“早死”。为了延长网络的生命周期，通常情况下，分簇拓扑控制通过簇头选举来选择网络中性能较优的节点做为簇头，并通过全局周期性重新成簇来对网络进行维护。
[0004]目前的分簇拓扑控制通常在成簇阶段认为所有参数对簇头成簇作用相同，容易造成某些性能低的节点成为簇头，从而因承担较重任务而过早死亡，而采用全局周期性重新成簇对网络进行维护很容易导致高能量消耗等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的针对现有分簇算法存在的簇头选举不合理、全局周期性重新成簇高能量消耗等不足问题的局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法。
[0006]本发明包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段；分簇拓扑构建阶段通过成簇参数来获得网络中所有节点的成簇参数，并基于该成簇参数来构建分簇的网络拓扑结构；一旦建立网络拓扑结构，就开始运行网络指定的任务；在网络的运行过程中，当簇头节点的剩余能量低于簇内平均剩余能量时，触发局部簇内拓扑维护过程，即备份簇头成为簇头，并重新获取簇内各节点的成簇参数，使成簇参数大的节点成为备份簇头，实时维护网络的稳定。
[0007]本发明的局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法:
(一)分簇拓扑构建:分簇拓扑构建主要是通过节点间的信息交换来构建一个网络拓扑结构，包括成簇参数、成簇两个部分；
(1)成簇参数:网络中任意节点a向网络广播自身的信息，并接收其它节点的信息，信息包括节点ZD、初始能量盈编、位置(坐标)；
(2)成簇:每个节点具有四种状态，通过簇头选举机制处于初始状态的节点要么成为簇头，要么成为备份簇头，或成员；
(二)拓扑维护:网络运行过程中，当簇头节点的剩余能量小于簇内平均剩余能量时，触发簇内拓扑维护。
[0008]本发明包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段。分簇拓扑构建阶段通过成簇参数来获得网络中所有节点的成簇参数，并基于该成簇参数来构建分簇的网络拓扑结构。一旦建立网络拓扑结构，就开始运行网络指定的任务。在网络的运行过程中，当簇头节点的剩余能量低于簇内平均剩余能量时，触发局部簇内拓扑维护过程，即备份簇头成为簇头，并重新获得簇内各节点的成簇参数，使成簇参数大的节点成为备份簇头，实时维护网络的稳定，实现平均网络能量消耗、延长网络生命周期的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明工艺流程图；
图2是本发明节点状态迁移示意图；
图3是本发明成簇流程流程图；
图4是本发明拓扑维护流程图。
【具体实施方式】
[0010]本发明包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段；分簇拓扑构建阶段通过成簇参数来获得网络中所有节点的成簇参数，并基于该成簇参数来构建分簇的网络拓扑结构；一旦建立网络拓扑结构，就开始运行网络指定的任务；在网络的运行过程中，当簇头节点的剩余能量低于簇内平均剩余能量时，触发局部簇内拓扑维护过程，即备份簇头成为簇头，并重新获取簇内各节点的成簇参数，使成簇参数大的节点成为备份簇头，实时维护网络的稳定。
[0011]本发明的局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法:
(一)分簇拓扑构建:分簇拓扑构建主要是通过节点间的信息交换来构建一个网络拓扑结构，包括成簇参数、成簇两个部分；
(1)成簇参数:网络中任意节点《向网络广播自身的信息，并接收其它节点的信息，信息包括节点ID、初始能量、位置`(坐标iXy))；
(2)成簇:每个节点具有四种状态，通过簇头选举机制处于初始状态的节点要么成为簇头，要么成为备份簇头，或成员；
(二)拓扑维护:网络运行过程中，当簇头节点的剩余能量小于簇内平均剩余能量时，触发簇内拓扑维护。
[0012]以下对本发明进行详细描述:
首先介绍以下几个相关定义:
I)成簇参数P:用来评价某个节点成为簇头能力，参数越大的节点成为簇头的概率越大，任一节点a的成簇参数表示为:
+2 為+盔⑴
yi Bres(v) + Bres(u)du η
其中分别为节点IV的剩余能量，V为节点^的任一邻居节点，Nu为节点^的邻居节点集合,d(u,v)为节点V之间的距离，已知节点tv的坐标，则
d(u，v)可衰示为:d(u,v) = ^(xu-Xv)2 +O,-Λ)2 <力节点^的节点度，力网络的节点数。由式(I)可见剩余能量的权值最大，其次是节点与其邻居节点的平均距离，最后是节点的节点度。
[0013]2)簇头列表CkLis1:当网络中的任意节点接收到某个簇头的成簇消息时，将该簇头的有关信息如/￡〕、成簇参数等加入该列表，且选择成簇参数最大的簇头加入该簇，并且所选择加入的簇头为列表第一项。
[0014]3)成员列表。对于任意簇头，其成员列表项数即为簇内成员个数，列表每一项包括成员节点ID ,剩余能量,以及成簇参数c。
[0015]4)簇内邻居列表。对于某簇内的任意成员，当其接收到同簇内其它成员加入簇的确认消息时，将该成员加入簇内邻居列表，包括ID、剩余能量Sres ,以及成簇参数P。
[0016]5)簇内平均剩余能量CbwrRe。对于网络中的任一簇,设其簇头为a ,则其簇内平均剩余能量为:
【权利要求】
1.一种局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法，其特征在于:包含分簇拓扑构建与拓扑维护两个阶段；分簇拓扑构建阶段通过成簇参数来获得网络中所有节点的成簇参数，并基于该成簇参数来构建分簇的网络拓扑结构；一旦建立网络拓扑结构，就开始运行网络指定的任务；在网络的运行过程中，当簇头节点的剩余能量低于簇内平均剩余能量时,触发局部簇内拓扑维护过程，即备份簇头成为簇头，并重新获取簇内各节点的成簇参数，使成簇参数大的节点成为备份簇头，实时维护网络的稳定。
2.根据权利要求1所述的局部自维护的无线传感器网络节能分簇拓扑控制方法，其特征在于: (一)分簇拓扑构建:分簇拓扑构建主要是通过节点间的信息交换来构建一个网络拓扑结构，包括成簇参数、成簇两个部分； (1)成簇参数:网络中任意节*向网络广播自身的信息，并接收其它节点的信息，信息包括节点iD、初始能量S威、位置(坐标(X7))； (2)成簇:每个节点具有四种状态，通过簇头选举机制处于初始状态的节点要么成为簇头，要么成为备份簇头，或成员； (二)拓扑维护:网络运行过程中，当簇头节点的剩余能量小于簇内平均剩余能量时，触发簇内拓扑维护。
【文档编号】H04W52/02GK103596203SQ201310482344
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】胡黄水, 王出航, 王博 申请人:长春工业大学