一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：按照下述步骤顺序进行：

步骤1：运用N阶近邻方法计算出最佳簇数kopt；

步骤2：首先建立节点博弈模型，再根据节点的能量和路径损耗来计算其ui值，ui值计算公式为：其中，Er(i)表示节点i在当前通信轮的剩余能量，表示当前通信轮全网平均剩余能量，ppathloss(i,j)为节点i到其一跳邻居节点j的路径损耗，Neii是节点i的一跳邻居集，ni是节点i一跳邻居个数，0＜α＜1是常数调节因数；将所有节点的ui值从大到小降序排序，从大到小依次选取kopt个作为簇头节点；

步骤3：当选的簇头节点广播自己当选的消息，接收到广播消息的非簇头节点选择加入ui值最大的簇头节点所在的簇并发送应答消息ACK；如果接收到的广播消息中具有相同的ui值，则从相同ui值的簇头节点中随机选择一个簇加入并发送应答消息ACK；未接收到簇头节点广播消息的非簇头节点，则通过计算其邻居节点与簇头节点通信的代价值来决定中继节点；

步骤4：各个节点都加入归属的簇并与簇头建立通信路径后，建立簇间路由，构建树型网络结构；

步骤5：网络组网完成后，sink节点通知网络中各个节点准备通信，网络中各个节点根据各自所属的簇内的TDMA表进行通信；若有节点失效，则网络启动维护过程，按照步骤1重新组网以保证网络的正常运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤2中的节点博弈模型为三元组表示Γ＝{A,S,U},A、S和U的意义分别表示为：A＝{a1,a2,...,an}：博弈参与者，对应网络中每个传感器节点；S＝{s1,s2,...,sn}：节点的策略集，si取值0或1，1表示选择成为簇头，0则表示不愿意担当簇头的角色；U＝{u1,u2,...,un}：成为簇头节点的收益，收益函数考虑节点的能量和路径损耗。

3.根据权利要求1所述的一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤2中每个节点的ui值获取和比较时，首先将每个节点的发射功率调至最大并建立邻居列表，向外广播自己的ui值；接收到邻居的ui值的节点将邻居的ui值存储于邻居列表中，将所收到的所有邻居节点的ui值与自己的ui值按照从大到小的顺序排列，根据最佳簇数kopt由大到小来选出最终的簇头节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤3中的中继节点的选择所依据公式为：其中，p(i,j)表示i选择节点选择其一跳邻居节点j作为与簇头通信的中继节点的概率，Er(j)是节点j的剩余能量；Ecost(i,j)是节点i与j通信时的能耗，该能耗既包括节点i发送消息时的能耗，又包括节点j接收消息时的能耗；plink是节点i与j之间的链路可靠性，ploss(j)是节点j的丢包率；β是调节因子，且0<β<1；未收到簇头广播消息的非簇头节点依据上述公式选择概率最大的节点为其中继节点，通过中继节点间接与簇头节点进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：所述步骤4中簇间路由和树型网络的构建，首先由sink节点从最小发射功率开始依次递增发射功率级数向监测区域内发送HELLO消息，直到通信半径能够覆盖整个监测区域为止；传感器节点在sink节点的某个功率级数的广播范围内接收到HELLO消息时，则记录下当前sink节点的功率级数；最后以拥有最小sink节点功率级数标号的簇头节点开始与sink节点建立通信关系，依次遍历拥有sink节点各个功率级数标号的簇头节点，由此构建树型网络结构；这些簇头节点通过加权上一级已经与sink节点建立通信关系的剩余能量和至sink节点的最短路径的计算，最后根据权值降序排列路由表，并保存这些路由信息，以保证在链路失效时备用路由的启动。