[發明專利]無線傳感器網絡拓撲方法

有效

• 申請號: 201610044324.4
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105592472B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 苑津莎;王秋瀅;孔英會;靳松
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W16/26;H04W16/30;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種無線傳感器網絡拓撲方法，包括步驟：

S1、由基站將網絡區域用六邊形分割，覆蓋整個區域，選取簇內中心一定區域Ω_R為簇頭區，簇頭區內節點輪流擔任簇頭，完成本輪通信；

S1具體包括：

S1.1確定分簇區域

基站通過計算得到最優簇數k_opt和網絡區域六邊形的邊長R，網絡區域六邊形的中心位置及其分簇區橫向縱向排列個數，監測區域內的節點根據位置信息計算自己距離網絡區域六邊形中心的距離，加入距離最近的六邊形簇；

S1.2確定簇頭區

簇頭的選擇區域限制在分簇區域中間部位稱為簇頭區；

若簇頭節點位于分簇中心，區域內的普通節點與其距離的平方和相比簇頭在簇內的其他位置時的距離平方和為最小；

簇頭區Ω_R選擇以網絡區域六邊形中心位置為原點，為邊長的六邊形區域，考慮到簇頭區域需要平移兩次，節點根據自身位置信息與所有簇頭區中心的距離遠近確定是否屬于本次的簇頭區；

簇頭區域內的節點按照距離簇頭區六邊形中心位置的遠近由近及遠地輪流擔任簇頭，簇頭運行時間等于本輪通信時間除以簇頭區節點數；

S1.3通信

簇頭區Ω_R內的節點輪流擔任簇頭，收集并轉發簇內節點的數據；

S2、當區域內Ω_R全部節點擔任過簇頭后，將整體分簇結構平移，再次確定簇內中心區域Ω'_R，Ω'_R內節點輪流擔任簇頭，完成本輪通信；

S2具體包括：

S2.1交替平移分簇結構

當簇頭區內的節點都輪流擔任簇頭節點后網絡進行再次分簇，即平移簇結構；

平移簇結構邊長R距離使中心落在網絡區域六邊形中心右側端點，然后把最右一列移分簇結構至最左，從而保證覆蓋范圍；

S2.2確定簇頭區Ω'_R，以此時的簇頭區六邊形中心為中心，選取邊長為的六邊形作為簇頭區，節點根據位置信息確定是否屬于簇頭區；

S2.3平移后的分簇區通信，簇頭區Ω'_R內的節點輪流擔任簇頭，收集并轉發簇內節點的數據；

S3、當節點全部擔任簇頭且完成通信后，進行第二次平移分簇，形成簇頭區Ω”_R，簇頭區Ω”_R內的節點輪流擔任簇頭，收集并轉發簇內節點的數據，其中所有Ω_R、Ω'_R和Ω”_R能夠將網絡區域全部節點完全覆蓋；

S3具體包括：

S3.1第二次平移后的簇頭區六邊形簇中心落在原中心右下端點，然后將最下一行分簇區域移至最上，此時三次分簇的簇頭區六邊形中心構成邊長為R的正三角形；

S3.2選取邊長為的六邊形作為簇頭區Ω”_R，節點根據位置信息確定是否屬于簇頭區；三次簇頭區的疊加能夠使監測區域完全覆蓋；

S3.3平移后的簇頭區第二次平移后通信，簇頭區Ω”_R內的節點輪流擔任簇頭，收集并轉發簇內節點的數據；

S4、當范圍內的節點都輪流擔任過簇頭節點后，平移簇結構回到初次分簇位置，繼續步驟S1；

步驟S1前還包括：

S0、基站向網絡區域內的所有節點發送請求信息，所有節點依次向基站發送自己的位置和能量信息；

所述網絡區域六邊形的簇數和邊長為：

其中ε_fs是自由空間模型的路徑損耗參數，M是正方形網絡區域的邊長，N是節點數量，ε_mp是多路衰減模型的路徑損耗參數，d_toBS代表網絡邊緣到基站的距離；

設a，b為整數，分別表示正方形網絡區域邊緣橫向、縱向分簇的排列個數，使其滿足對于未被分簇覆蓋的邊緣區域的節點加入相鄰分簇區域；

步驟S1、S2和S3中所述Ω_R、Ω'_R和Ω”_R以網絡區域六邊形中心位置為原點，是以為邊長的六邊形區域。