[發明專利]物聯網中基于能耗最小的分簇組網方法

有效

• 申請號: 201310077023.8
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103200055A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 侯蓉暉;李傳印;李紅艷;李建東
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04L29/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于網絡通信技術領域，特別涉及物聯網中一種基于能耗最小的分簇組網方法，主要用于節省節點能量。

背景技術

物聯網是新一代互聯網技術，實現了物與物間通信，廣泛應用于智能交通、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、敵情偵查等多個領域。其涉及的技術種類多，幾乎涵蓋了信息通信領域的所有技術，這里主要考察其中的接入技術。

在終端節點接入互聯網時，當節點距離接入點AP較遠時直接與AP通信會消耗較多的能量，對于采用電池供電的終端節點來說這將很快耗盡其能量以及頻繁更換電池。因此，需要提出一種方法來延長節點的續航時間。采用分簇轉發技術可以節省節點能量，現有的分簇技術可以歸結為以下四種：

第一種，先從所有節點中選出一些節點，比較這些節點的節點度，節點度大的節點成為簇頭；然后，其余節點從這些簇頭中找出距離最近的簇頭加入該簇。

第二種，先從所有節點中選出一些節點，比較這些節點的剩余能量，剩余能量多的節點成為簇頭；然后，其余節點從這些簇頭中找出距離最近的簇頭加入該簇。

第三種，先從所有節點中選出一些節點，比較這些節點的節點度，節點度大的節點成為簇頭；然后，其余節點從接收到的簇頭信號中找出最強的信號加入該簇。

第四種，先從所有節點中選出一些節點，比較這些節點的剩余能量，剩余能量多的節點成為簇頭；然后，其余節點從接收到的簇頭信號中找出最強的信號加入該簇。

這四種分簇方法的優點在于：能實現距離接入點AP較遠甚至不在其通信范圍內的節點進行通信；但有一個共同的缺陷是，節點每次發送數據時能耗很大，采用電池供電的節點很快耗盡其能量，導致頻繁地更換電池，不能滿足物聯網中網絡部署完成后能夠在最長時間周期內使用的要求。

發明內容

本發明的目的針對上述已有技術的不足，提出一種物聯網中基于能耗最小的分簇組網方法，以使節點均以最小能耗發送數據，滿足物聯網中網絡部署完成后能夠在最長時間周期內使用的要求。

實現本發明目的的技術思路是：在網絡部署完成后，所有節點尋找傳輸數據路徑損耗最小的數據鏈路以及建立數據轉發表，接入點AP根據數據轉發表分簇，具體步驟包括如下：

（1）部署計劃接入互聯網的設備，包含一個接入點AP和若干終端節點，隨后由接入點AP廣播一個數據分組，通知所有節點開始分簇；

（2）收到數據分組的節點開始尋找傳輸數據路徑損耗最小的數據鏈路：

（2a）節點n_j根據節點本身與接入點AP的距離d_j0，計算直傳鏈路的路徑損耗E_j，j=1,2,3···N，N為網絡中總的節點數；

（2b）節點n_j計算經過鄰居節點轉發的最小路徑損耗

（2c）對步驟（2a）和步驟（2b）的計算結果進行比較，尋找節點n_j的轉發節點，并對相應的鏈路標識：

如果則轉發節點為n_k，并將節點n_j至節點n_k的鏈路標識為γ_jk，將節點n_k至接入點AP的鏈路標識為γ_k0；

如果則不存在轉發節點，并將節點n_j至接入點AP的鏈路標識為γ_j0；

（2d）重復步驟（2a）至步驟（2c），所有節點完成尋找傳輸數據路徑損耗最小的數據鏈路，同時具有了鏈路標識；

（3）所有節點根據鏈路標識建立一張數據轉發表；

（4）接入點AP根據數據轉發表進行分簇：

（4a）所有節點將各自的數據轉發表發送給接入點AP；

（4b）AP將所有數據轉發表中對應元素值相加，得到新的數據轉發表，記為M；

（4c）如果新的數據轉發表M中的元素值為1，則將該元素列號對應的節點作為簇頭，元素行號對應的節點作為簇成員；

（5）接入點AP將分簇結果，通過發送一個數據分組告知所有節點，至此分簇組網完成。

本發明具有如下優點:

1、在簇的劃分過程中，通過采用數據轉發表，使得簇頭和簇成員的選取同步進行，從而有效地減少了分簇的復雜性；

2、通過終端節點和接入點AP共同參與分簇，確保了分簇信息的真實性，從而有效地提高了分簇的可靠性；