[發明專利]基于LEACH的無線傳感器網絡分簇方法

無效

• 申請號: 201210366077.1
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103024849A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 史琰;盛敏;于勝濤;楊敏;郭丹;牛永彬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W74/08;H04W84/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 張問芬;王品華

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，涉及大規模無線傳感器網絡節點分簇過程中最優簇頭選取的方法，適用于現有的不同應用場景的大規模無線傳感器網絡。

背景技術

無線傳感器網絡是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式，人們可以通過傳感器網絡直接感知客觀世界，從而極大的擴展現有網絡的功能和人類認識世界的能力。無線傳感器網絡涉及計算機、網絡、通信、傳感器等眾多學科，已經成為目前IT領域中的研究熱點之一。

在無線傳感器網絡中，無線傳感器節點能量有限且一般沒有能量補充，因此路由協議需要高效利用能量，同時無線傳感器網絡節點數目往往很大，無線傳感器節點只能獲取局部拓撲結構信息，路由協議要能在局部網絡信息的基礎上選擇合適的路徑。傳感器網絡具有很強大的應用相關性，不同應用中的路由協議可能差別很大，沒有一個通用的路由協議。

LEACH(Low-energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy)方法是一種自適應分簇拓撲控制方法，將網絡中的無線傳感器節點劃分為若干個簇，每個簇有一個簇頭用來對簇內其它普通無線傳感器節點進行管理和數據收集，簇頭將接收到的簇內無線傳感器節點的數據進行融合后發送到SINK節點。LEACH算法采取簇頭輪換機制，能夠保證各無線傳感器節點等概率的擔任簇頭，將網絡能耗平均分攤到每個無線傳感器節點上，無線傳感器節點能耗比較均勻；隨機選取的簇頭能夠進行數據融合，減少網絡中的數據通信量，減少能耗，從而延長了網絡的生存周期。

雖然LEACH方法大大推遲了無線傳感器節點死亡的時間，但是LEACH方法仍然存在一定缺陷：一方面，LEACH方法的簇頭是隨機選取的，導致簇頭節點在數目上和網絡中的不均勻分布。在簇頭分布上，若簇頭位置靠近簇的邊緣，則導致簇內普通無線傳感器節點與簇頭通信總能量消耗較大；若簇頭聚集分布在某一監測區域，則造成簇的大小不均勻，增加網絡能耗。另一方面，LEACH方法在簇頭選取上沒有考慮無線傳感器節點的剩余能量，它假設每個無線傳感器節點的能量相同，這在實際情況中是不可能的。如果某個無線傳感器節點的剩余能量比較小，而它又恰巧被選為簇頭節點，由于簇頭的能量消耗比較大，這樣的簇頭節點會提前死亡，該簇所收集的信息將不能傳回SINK節點。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種基于LEACH的無線傳感器網絡分簇方法，對用LEACH方法選取的隨機簇頭進行調整，選擇其中的最優簇頭作為最終簇頭，以避免簇頭的隨機選取造成的無線傳感器節點提前死亡，適用于不同的應用場景，減少網絡能耗，提高生存周期。

實現本發明目的的技術方案包括如下步驟：

(1)根據LEACH協議選取臨時簇頭：

Pi(t)=kN-k*(rmodNk),Ci(t)=10,Ci(t)=0]]>

其中，N表示網絡中的無線傳感器節點個數，k表示每輪中期望產生的簇頭數，Ci(t)＝1表示在本次N/k輪中該無線傳感器節點未當選過簇頭，Ci(t)＝0表示在本次N/k輪中該無線傳感器節點已當選過簇頭，r是選舉輪數；