一种无线传感器网络簇头选举新方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感器网络簇头选举新方法，其特点是，在簇头选举时，采用概率迭代法，概率迭代公式不仅将节点剩余能量考虑在内，而且还引入了节点能耗速度因子节点度因子节点到汇聚节点的距离因子等因素，能够在一定程度上改善最优簇头选举的机制，使簇头选举考虑的因素更加科学合理，更加全面，实现了簇头节点均匀分布，可降低节点的能量消耗，延长网络的生命周期，可广泛适用于无线传感器网络。
【专利说明】一种无线传感器网络簇头选举新方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线传感器网络【技术领域】，涉及一种无线传感器网络簇头选举新方 法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络生命周期最大化是无线传感器网络领域的研究热点之一。无线传 感器网络的路由协议一般分为平面路由和分层路由，平面路由的特点是简单易行、节点对 等、易于网络扩展，但是其信息传输过程中会发生信息重叠、冲突、自爆等很多问题，造成网 络严重的能量损耗，而且节点的路由表过大，难于维护、引起信息时延问题。分层路由通过 选举一些节点做特定工作，如汇集普通节点数据、对数据融合压缩、打包封装、转发数据包 等，实现簇头节点和普通节点各司其职，达到优化能耗的目的。分层路由改善了平面路由协 议的多方面缺陷，节约了能量，因而更受到研究者的重视。经过多年的研究，分层路由进入 更加成熟的阶段。经典的协议有：2000年，麻省理工学院的Wendi Rabiner Heinzelman等 学者设计的一种低功耗自适应聚类路由LEACH协议；2004年，Ossama Younis等人提出的混 合式能量高效分簇协议HEED。
[0003] LEACH作为第一个针对无线传感器网络的分层低功耗自适应分簇路由协议，首先 提出了成簇阈值的概念，阈值反映节点当选簇头的概率，如果令簇内剩余的未当过簇头的 节点的数目为A。每一轮参选争当簇头的节点，其成簇阈值反比于A。协议通过生成一个 (0, 1)的随机数，与节点的成簇阈值比较，随机数小于阈值，节点获选为簇头节点，并广播当 选簇头的消息。未当选簇头的节点，等待接收簇首的广播消息及时隙分配消息，最终选择加 簇，在对应时隙，发送节点采集的数据信息给簇头节点。簇头节点在收到普通节点的加簇信 息后则负责为普通节点分配时隙，收集数据信息并融合数据，将数据打包封装发送到汇聚 节点。协议为之后无线传感器网络的研究提供了多方面的建模思路。但是算法还是存在一 些不足，例如，簇头选举时阈值只与最近Rmod(N/k)轮未当选簇头节点个数有关，即未当选 节点越多，参选争当簇头的节点阈值越小，反之越大，节点选举并不考虑节点剩余能量，如 果节点能量较少时还要继续充当簇头，这样就会造成节点过早死亡，从而导致网络失效。另 外簇头节点选择是随机的，很可能两个相邻节点落在彼此的簇半径之内，造成能量的浪费。
[0004] HEED针对LEACH协议中簇头节点分布不均的问题进行了改进，算法选簇根据主次 两个因素，主因素为节点剩余能量，次因素为节点的簇内通信能耗，协议首先选出剩余能量 大的节点当选候选节点，再根据次因素在候选节点当中选择保留能耗最小的点，节点不再 根据是否当选过簇头来决定成簇阈值，而是改由节点剩余能量决定成簇阈值，使得剩余能 量大的节点优先当选为候选簇头。虽然HEED算法提出了新的簇头选择概率，结合了 LEACH 随机选簇的方法，但是算法选举簇头时考虑因素单一，一些重要的决定因素如节点到汇聚 节点距离、节点密度、节点的能耗速度等并未考虑，算法并不完善。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是，克服现有LEACH算法和HEED算法中簇头选举方法的不足，提供 一种科学合理，能够改善最优簇头选举的机制，综合考虑更多因素，更具有实用性的无线传 感器网络簇头选举新方法，能够实现选举的簇头节点均匀分布，有效的降低节点的能量消 耗，延长网络的生命周期，可广泛适用于无线传感器网络。
[0006] 本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种无线传感器网络簇头选举新方 法，其特征是，它包括：采用概率迭代算法选举簇头节点，在德1洗举时不仅考虑节点剩余 能量，而且还引入了节点能耗速度因子
【权利要求】
1. 一种无线传感器网络簇头选举新方法，其特征是，它包括：采用概率迭代算法选 举簇头节点，在簇头选举时不仅考虑节点剩余能量，而且还引入了节点能耗速度因子
、节点度因 ?
节点到汇聚节点的距离因子等因素，簇 头选举概率用公式表示为：
其中，
表示簇头优化比例，即簇头数占总结点数的比例，α为选举因素所占权 重，EMsidual表示节点剩余能量，Emax表示所有节点中最大的蓄能值，Dnfc表示节点度即节点周 围邻居节点个数，Nalive;表示当前存活的节点数目，E_sume;表示在第R轮中，节点能量的消耗，
代表网络在第R轮中，平均消耗的能量，dtoSINK表示节点到汇聚节点距离，屯&^胃表 示所有节点到汇聚节点距离中的最大值，d toSINK_MIN表示所有节点到汇聚节点距离中的最小 值，Pmin表示节点设定的最小收敛概率，防止节点能量过低时收敛时间太长，此值是根据实 际情况设定的经验值。
【文档编号】H04W40/24GK104093188SQ201410342183
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】李建坡, 陈晓娟, 霍俊元, 曲朝阳, 李楠, 赵立权 申请人:东北电力大学