[發(fā)明專利]一種無線傳感網(wǎng)的分布式分簇組網(wǎng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710041294.2
• 申請(qǐng)日: 2007-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN101188444A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃河清;沈杰;姚道遠(yuǎn);馬奎;劉海濤;邢濤;袁曉兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心
• 主分類號(hào): H04B7/005
• 分類號(hào): H04B7/005;H04B7/26
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))的分簇組網(wǎng)的方法，尤其涉及一種采用分布式算法的分簇組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless?sensor?network，WSN)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和巨大實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，并成為進(jìn)入2000年以來公認(rèn)的新興前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對(duì)二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一，它將會(huì)對(duì)人類未來的生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)成為無線傳感網(wǎng)研究的重要方向之一。在規(guī)模化的無線傳感網(wǎng)中，分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在拓?fù)涔芾怼⒛芰啃省?shù)據(jù)融合與節(jié)點(diǎn)協(xié)同處理方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。分簇的結(jié)構(gòu)將大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，從而降低了拓?fù)涔芾淼碾y度，同時(shí)可以引入節(jié)點(diǎn)睡眠機(jī)制而不影響網(wǎng)絡(luò)連通性，便于數(shù)據(jù)融合，減少了信道接入的競爭從而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，對(duì)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同處理提供了良好的物理支持。

現(xiàn)有的分簇機(jī)制在簇頭選舉時(shí)都僅著眼于網(wǎng)絡(luò)信息的某一方面。如LEACH是基于節(jié)點(diǎn)擔(dān)當(dāng)簇頭的次數(shù)，LowestID則是節(jié)點(diǎn)的ID，其都沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，產(chǎn)生的簇結(jié)構(gòu)中簇頭分布不均，簇規(guī)模差異較大，不利于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗的均衡。HEED考慮到了負(fù)載均衡的問題，其簇頭選擇依據(jù)兩個(gè)參數(shù)：節(jié)點(diǎn)的剩余電池能量用于選出簇頭集，簇內(nèi)通信成本用于選擇在多個(gè)簇范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)加入的簇頭。其主要改進(jìn)在于引入了多種約束條件來綜合考慮分簇的合理性。但是其分簇的簇頭分布與簇規(guī)模不等的問題并未解決。

為平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，又不能采用集中式的方式，則充分利用節(jié)點(diǎn)及其鄰居節(jié)點(diǎn)的局部網(wǎng)絡(luò)信息就是比較好的解決方法。WCA(Weighted?Clustering?Algorithm)與DCA(DistributedClustering?Algorithm)即基于此種思想，考慮多種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以獲得節(jié)點(diǎn)的簇頭選取權(quán)值。

WCA算法將節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量P_v、節(jié)點(diǎn)的度Δ_v(鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù))、節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息D_v、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性M_v等參數(shù)作為簇頭選取的依據(jù)，根據(jù)公式：

W_v＝ω₁Δ_v+ω₂D_v+ω₃M_v+ω₄P_v

計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，在鄰居中權(quán)值最小的節(jié)點(diǎn)成為簇頭，其鄰居不再參與簇頭選舉。

其中，

Δ_v＝|d_v-δ|，表征節(jié)點(diǎn)度與預(yù)設(shè)簇規(guī)模的差值；

Dv=Σv′∈N(v){dist(v,v′)},]]>表征節(jié)點(diǎn)與其鄰居的距離之和；