技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點能量有限，如何最佳利用能源、減小網(wǎng)絡(luò)能量消耗是關(guān)鍵問題之一。而拓?fù)淇刂茻o疑是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種有效的節(jié)能方法，而分簇拓?fù)淇刂颇苡行Ч?jié)省網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，并廣泛應(yīng)用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

分簇拓?fù)淇刂浦?，通常將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按所處的角色不同分為簇頭節(jié)點和成員節(jié)點（簡稱簇頭和成員）。簇頭由于承擔(dān)管理簇內(nèi)成員以及進(jìn)行數(shù)據(jù)融合等任務(wù)而比普通成員消耗更多的能量，于是更容易“早死”。為了延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，通常情況下，分簇拓?fù)淇刂仆ㄟ^簇頭選舉來選擇網(wǎng)絡(luò)中性能較優(yōu)的節(jié)點做為簇頭，并通過全局周期性重新成簇來對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。

目前的分簇拓?fù)淇刂仆ǔＴ诔纱仉A段認(rèn)為所有參數(shù)對簇頭成簇作用相同，容易造成某些性能低的節(jié)點成為簇頭，從而因承擔(dān)較重任務(wù)而過早死亡，而采用全局周期性重新成簇對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)很容易導(dǎo)致高能量消耗等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有分簇算法存在的簇頭選舉不合理、全局周期性重新成簇高能量消耗等不足問題的局部自維護(hù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能分簇拓?fù)淇刂品椒ā?/p>

本發(fā)明包含分簇拓?fù)錁?gòu)建與拓?fù)渚S護(hù)兩個階段；分簇拓?fù)錁?gòu)建階段通過成簇參數(shù)來獲得網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的成簇參數(shù)，并基于該成簇參數(shù)來構(gòu)建分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；一旦建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就開始運行網(wǎng)絡(luò)指定的任務(wù)；在網(wǎng)絡(luò)的運行過程中，當(dāng)簇頭節(jié)點的剩余能量低于簇內(nèi)平均剩余能量時，觸發(fā)局部簇內(nèi)拓?fù)渚S護(hù)過程，即備份簇頭成為簇頭，并重新獲取簇內(nèi)各節(jié)點的成簇參數(shù)，使成簇參數(shù)大的節(jié)點成為備份簇頭，實時維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。

本發(fā)明的局部自維護(hù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能分簇拓?fù)淇刂品椒ǎ?/p>

（一）分簇拓?fù)錁?gòu)建：分簇拓?fù)錁?gòu)建主要是通過節(jié)點間的信息交換來構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括成簇參數(shù)、成簇兩個部分；

（1）成簇參數(shù)：網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點????????????????????????????????????????????????向網(wǎng)絡(luò)廣播自身的信息，并接收其它節(jié)點的信息，信息包括節(jié)點、初始能量、位置（坐標(biāo)）；

（2）成簇：每個節(jié)點具有四種狀態(tài)，通過簇頭選舉機(jī)制處于初始狀態(tài)的節(jié)點要么成為簇頭，要么成為備份簇頭，或成員；

（二）拓?fù)渚S護(hù)：網(wǎng)絡(luò)運行過程中，當(dāng)簇頭節(jié)點的剩余能量小于簇內(nèi)平均剩余能量時，觸發(fā)簇內(nèi)拓?fù)渚S護(hù)。

本發(fā)明包含分簇拓?fù)錁?gòu)建與拓?fù)渚S護(hù)兩個階段。分簇拓?fù)錁?gòu)建階段通過成簇參數(shù)來獲得網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的成簇參數(shù)，并基于該成簇參數(shù)來構(gòu)建分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一旦建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就開始運行網(wǎng)絡(luò)指定的任務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)的運行過程中，當(dāng)簇頭節(jié)點的剩余能量低于簇內(nèi)平均剩余能量時，觸發(fā)局部簇內(nèi)拓?fù)渚S護(hù)過程，即備份簇頭成為簇頭，并重新獲得簇內(nèi)各節(jié)點的成簇參數(shù)，使成簇參數(shù)大的節(jié)點成為備份簇頭，實時維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，實現(xiàn)平均網(wǎng)絡(luò)能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明節(jié)點狀態(tài)遷移示意圖；

圖3是本發(fā)明成簇流程流程圖；

圖4是本發(fā)明拓?fù)渚S護(hù)流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明包含分簇拓?fù)錁?gòu)建與拓?fù)渚S護(hù)兩個階段；分簇拓?fù)錁?gòu)建階段通過成簇參數(shù)來獲得網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的成簇參數(shù)，并基于該成簇參數(shù)來構(gòu)建分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；一旦建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就開始運行網(wǎng)絡(luò)指定的任務(wù)；在網(wǎng)絡(luò)的運行過程中，當(dāng)簇頭節(jié)點的剩余能量低于簇內(nèi)平均剩余能量時，觸發(fā)局部簇內(nèi)拓?fù)渚S護(hù)過程，即備份簇頭成為簇頭，并重新獲取簇內(nèi)各節(jié)點的成簇參數(shù)，使成簇參數(shù)大的節(jié)點成為備份簇頭，實時維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。

本發(fā)明的局部自維護(hù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能分簇拓?fù)淇刂品椒ǎ?/p>

（一）分簇拓?fù)錁?gòu)建：分簇拓?fù)錁?gòu)建主要是通過節(jié)點間的信息交換來構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括成簇參數(shù)、成簇兩個部分；

（1）成簇參數(shù)：網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點?向網(wǎng)絡(luò)廣播自身的信息，并接收其它節(jié)點的信息，信息包括節(jié)點、初始能量、位置（坐標(biāo)）；

（2）成簇：每個節(jié)點具有四種狀態(tài)，通過簇頭選舉機(jī)制處于初始狀態(tài)的節(jié)點要么成為簇頭，要么成為備份簇頭，或成員；

（二）拓?fù)渚S護(hù)：網(wǎng)絡(luò)運行過程中，當(dāng)簇頭節(jié)點的剩余能量小于簇內(nèi)平均剩余能量時，觸發(fā)簇內(nèi)拓?fù)渚S護(hù)。

以下對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：

首先介紹以下幾個相關(guān)定義：