一种基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法
【专利摘要】一种基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，包括以下步骤：1)选择sink节点为初始节点，发送hello消息给其邻居节点；邻居节点根据节点剩余能量和节点间距离计算权值；Sink节点按权值降序排列形成排序表并计算子节点个数；之后sink节点广播含有该表的确认消息，子节点分别竞争为active节点或reserving节点；2)成为reserving节点后，会根据同层竞争机制选择最优父节点；3)父节点接收子节点的个数值后进行累加计算，并将计算值发送给前一跳父节点，直至发送到sink节点；将当前层的总节点数统计后代入对应层公式计算概率值，确定节点是否需要二次唤醒。本发明能量消耗较小，延长了网络生命周期。
【专利说明】—种基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网领域，尤其涉及的是一种基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是一个无线自组织网络,它由大量资源受限的传感器节点组成。基于WSNs的特性，可用较低的成本灵活地解决大量监测问题，尤其是一些危险区域的监测问题。节点在网络通信、数据处理等方面需要消耗大量能量，且节点能量不易得到及时补充。因此如何降低能耗，尽可能延长网络生存时间是WSNs急需解决的问题。而拓扑控制是解决此类问题的有效手段之一，其中拓扑构建则是拓扑控制的首要过程
[0003]自Ephremides A和Guha S提出利用近似算法计算连通支配集(ConnectedDominating Set, CDS)寻找虚拟骨干网(Virtual Backbone),基于⑶S的拓扑控制技术成为WSNs中构建精简拓扑的一个最普遍方法。现有文献中构建CDS的方法主要有三种:1)剪枝方法，先选择一个含有较多节点的连通集，再基于这个节点集将冗余节点删除。2)最大独立集(Maximal Independent Set, MIS)方法,寻找一个能够覆盖全面区域的独立集,该独立集无法再包含其它任一节点，然后选择最少的节点作为网关节点，连接各个独立节点。如EECDS通过四色着色方法，利用着色机制将不同状态的节点区分，以此来判断出MIS节点和non-MI S节点；寻到MIS后，再利用着色机制寻找网关节点，将网络中所有的MIS节点连接，而这些网关节点和MIS节点便是整个网络的活动节点。利用EECDS方法构造的树活动节点数较多，能量消耗较快。3)树构造方法，先选择一个初始点(sink节点)，通过广播信息寻找CDS的支配节点，直到节点覆盖整个网络。如A3算法，通过节点间信息的广播、回复和确认，构建一个次优连通支配集。它的消息复杂度和计算复杂度都较低，且在它的构建过程中，能耗比和发送的消息数都呈线性关系。该算法延长了网络的生命周期，但它在二次唤醒这一过程中，却有不必要的消息发送和能量损耗。二次唤醒在节点较少的情况下，能够保证网络连通性和覆盖性，但在节点较多或节点密度较大的情况下，将消耗不必要的能量。这对只能依靠自身携带能量工作的传感器节点很重要。
[0004]因此，对于无线传感网中节点能耗问题，急需一种更优方法来解决。
【发明内容】
[0005]为了克服现有无线传感网拓扑控制方法中的能耗问题，尤其是节点二次唤醒的能耗问题，本发明提供了一种节省网络能量消耗延长网络生命的适用于无线传感网的树型拓扑构建方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种基于概率比较的无线传感网拓扑控制方法，所述构建方法包括以下步骤:I)初始情况下，无线传感网的各个节点随机分布且连通，选择sink节点为初始节点，发送hello消息给其邻居节点，并根据消息到达的先后将其标记；
[0008]2)邻居节点收到hello消息后，根据节点剩余能量和节点间距离，计算权值，并向sink节点发送一消息,该消息包含自身节点的标记号和权值，权值的计算公式为:
【权利要求】
1.一种基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，其特征在于:所述构建方法包括以下步骤: 1)初始情况下，无线传感网的各个节点随机分布且连通，选择sink节点为初始节点，发送hello消息给其邻居节点，并根据消息到达的先后将其标记； 2)邻居节点收到hello消息后,根据节点剩余能量和节点间距离,计算权值,并向sink节点发送一消息，该消息包含自身节点的标记号和权值，权值的计算公式为:
2.如权利要求1所述的基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，其特征在于:在所述步骤4)中，同层竞争机制如下reserving节点将会接收来自其他节点的hello消息,计算权值Μ’ Χ?,并与先前权值Mxy进行比较，若M’ xy > Mxy,该reserving节点将会发送一个ID消息给先前父节点，并发送新的权值消息及其标记号给新的父节点，形成预约关系。
3.如权利要求1或2所述的基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，其特征在于:在所述步骤5)中，二次唤醒需要根据节点苏醒的先后机制，即选择权值较大的节点优先进入active状态。
4.如权利要求1或2所述的基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，其特征在于:在所述步骤5)中，随机抛散的传感器节点通过树型算法构建拓扑网络，在树层数I < i < 5时，其节点概率分布服从正态分布；在i > 5时,服从泊松分布。
5.如权利要求4所述的基于概率比较的无线传感网拓扑构建方法，其特征在于:在所述步骤5)中， 期望值的表达式:
【文档编号】H04W52/02GK103945508SQ201410062068
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】洪榛, 李喜乐, 王瑞, 谷银银, 陈本永 申请人:浙江理工大学