[發明專利]一種無線傳感器網絡中基于GAF改進分簇機制的熱區問題解決方案

有效

• 申請號: 201210006185.8
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102572995A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 陳滌;王偉才
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

1.一種無線傳感器網絡中基于GAF改進分簇機制的熱區問題解決方案，在監控區域內，傳感器節點均勻分布，基站在區域的中央；首先根據GAF改進分簇機制，將整個網絡劃分為虛擬的單元格，每個單元格為一個簇，每個簇內有相同數量的傳感器節點，記為X，根據節點的剩余能量選舉出簇首，然后根據外圍簇的個數，基站對整個簇需要轉發的數據量進行評估，最后根據轉發數據的能量消耗計算出不同層之間的簇內需配置的活動節點的數目的比例；傳感器節點具有相同的初始能量記為E，發送和接收單位數據消耗的能量均為常數，分別為T₀和R₀，傳感器節點產生周期性常量負載P，其特征在于，基于GAF改進算法分簇模型的熱區問題解決方案如下：

(1)基站根據監控區域的面積，將整個網絡劃分為N個虛擬的單元格，并將每個節點隸屬于哪個單元格的信息告訴所有的傳感器節點，由于所有的區域都可以通過增補變成正方形，所以每一層的簇個數Cn＝8×n-4(n＝1，2，…M)，其中n為層數；

(2)根據經典的GAF改進算法，利用基站廣播的信息，屬于同一個單元格的節點自主組成一個簇，然后各簇成員之間通過廣播通信來了解彼此的剩余能量信息，剩余能量最大的節點當選為簇首，如果所有節點的剩余能量都相同，則每個節點都隨機產生一個小于1的數，產生隨機數最小的節點當選簇首；

(3)計算每一層產生的數據量，由于網絡的對稱性，隸屬于同一個層的每個簇的活動節點數均相同，記為An，每一層的數據量為P*An*Cn；

(4)計算每一層需要轉發的全部數據量，比本層離基站更遠一些的所有層產生的數據都由本層的簇進行轉發，所以第i層需要轉發的所有的數據量為自己層產生的數據量和比本層離基站更遠一些的所有層需要轉發的數據量之和，共為

(5)計算每一個簇首需要消耗的能量，需要接受和發送的數據量是相同的，從上一層傳遞過來的數據量由本層所有的簇首均分，可得每一個節點在擔任簇首的周期中所消耗的能量為E(Hi)=(R0+T0)×(P×Ai+(P×Σn=i+1NAnCn)/Ci),(i=1,2,..,N),]]>i為簇首隸屬的層數；

(6)計算不同層間的簇內活動節點數目的比例，均衡負載的目的是為了讓所有簇的能量同時耗盡，即讓所有的簇有相同的存活時間，因為節點作為簇內普通節點時消耗的能量相同，所以可以忽略，可得方程式為：

(X-A_i)E/E(H_i)＝(X-A_i+1)E/E(H_i+1)’整理此方程即可得不同層中簇內應設置的活動節點的個數之間的關系，其中i為簇隸屬的層數；

(7)隨著數據傳遞，當開始出現節點能量耗盡時，簇首主動發送喚醒幀，通知一個休眠節點來頂替自己，直到所有節點能量都耗盡，網絡工作結束。