[發明專利]一種非均勻分簇多跳能耗均衡性無線測量方法及其裝置

在審

• 申請號: 201510809496.1
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN105338587A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 蔣建明;朱正偉;范偉偉
• 申請（專利權）人: 常州大學懷德學院
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及水產養殖中溶解氧濃度的測量領域，尤其是一種非均勻分簇多跳能耗均衡性無線測量方法及其裝置。

背景技術

為了延長無線傳感網絡的有效生命周期，一般采用低功耗自適應分群分層協議(lowenergyadaptiveclusteringhierarchy,LEACH)。LEACH協議中所有節點輪流充當簇首，簇首把本簇內其他節點測量數據融合后以單跳方式發送給基站。當測量范圍較近時(簇首與基站通信距離小于e_fs為自由空間傳輸參數，e_mp為多路徑衰減傳輸參數，d₀表示無線通信距離)，采用Friss自由空間模型(FrissFreeSpaceModel),傳播能量損失與d₀²成正比；當測量范圍廣時(大于d₀)，信道采用多路徑損耗模型，傳播能量損失與d₀⁴成正比。遠距離通信的簇首能耗遠遠大于近距離通信簇首能耗，容易引起距離基站遠的節點提前死亡。并且測量網絡節點一般采用鋰電池供電，頻繁單個更換測量節點鋰電池使人力成本浪費嚴重。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種非均勻分簇多跳能耗均衡性無線測量方法及其裝置，在低功耗自適應分群分層協議的無線測量網絡中采用非均勻分簇，解決能耗不均勻等問題，延長網絡生命周期。

本發明所采用的技術方案為：一種非均勻分簇多跳能耗均衡性無線測量方法，包括以下步驟：

1)在靠近基站的位置設置數量相對較少的簇節點并形成簇N，在遠離基站的位置設置數量相對較多的簇節點并形成簇M；

2)簇M的簇首接受本簇內簇節點發送的測量數據并融合；

3)融合后，簇M的簇首向靠近基站的上一級簇的簇首發送數據；

4)以此類推，直到簇N的簇首接收到的測量數據后發送給基站；

其中M、N均為自然數。

進一步的說，本發明所述的簇M的節點數大于簇N的節點數。

再進一步的說，本發明所述的簇N的簇首直接向基站傳送數據，簇M的簇首通過多跳向基站傳送數據。

同時，本發明還提供一種非均勻分簇多跳能耗均衡性無線測量裝置，包括微處理器；所述的微處理器包括A/D接口、FLASH接口以及RF射頻天線；所述的調理電路的輸出端與A/D接口相連接；微處理器通過RF射頻天線傳輸數據；所述的調理電路與微處理器由鋰電池供電；所述的調理電路的輸入端連接溶解氧傳感器；所述的FLASH接口輸入端連接系統時鐘電路；所述的溶解氧傳感器輸出的電壓信號經過調理電路放大后輸入微處理器的A/D接口，微處理器讀取信號并處理后在規定時隙內向簇首發送數據。

本發明的目的是在水產養殖溶解氧濃度的無線測量中，通過對LEACH無線通信協議中均勻分簇的優化，依據無線通信傳輸距離的遠近，對遠距離簇首向基站傳送數據采用多跳通信，促使各通信節點能耗更加均衡化，達到延長無線通信網絡有效生命周期的目的。

本發明的有益效果是：

1、通過非均勻分簇使遠近距離簇首能耗更加均衡，避免了少數節點提前死亡，延長了網絡有效生命周期；

2、通過對遠距離簇首采取多跳路由向基站傳送數據，避免了信道采用多路徑損耗模型(傳播能量損失與d₀²成正比)；使所有節點通信都采用采用自由空間模型(傳播能量損失與d₀²成正比)。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明測量節點結構原理框圖；

圖2a)和b)是非均勻分簇單跳和多跳示意圖。

具體實施方式

現在結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

系統結構如圖1所示，水體溶解氧濃度傳感器型號：YDC-100，輸出電壓信號經過調理電路放大后輸入微處理器CC2430的A/D輸入端口，微處理器讀取信號并處理后在規定時隙內向簇首發送數據。測量節點通過鋰電池(CR1108)供電。CPU采用CC2430微處理器,無線通信協議采用低能量自適應分群分層協議(LEACH)。

在無線傳感網絡中功率損耗表示如下：