[發(fā)明專利]一種負(fù)載均衡的混合節(jié)點(diǎn)分簇方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710017760.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN106792911A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李哲濤;桂飛;劉昊霖;鄧清勇;趙津鋒;朱江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/08
• 分類號(hào): H04W28/08;H04W40/04;H04W40/22;H04W84/18;H04L12/715
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1.一種負(fù)載均衡的混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述分簇方法將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程分為相鄰的、等長(zhǎng)并且互相獨(dú)立的周期，每一時(shí)間周期由分簇過程和穩(wěn)定過程，即數(shù)據(jù)傳輸過程組成，本方法只關(guān)注分簇過程，每一個(gè)周期的分簇過程至少包括以下除步驟1之外的所有步驟：

步驟1、網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的布置以及網(wǎng)絡(luò)的初始化處理；

步驟2、規(guī)定每一次分簇過程的時(shí)間固定不變，由成簇等待時(shí)間和成簇時(shí)間組成；在分簇過程起始時(shí)刻，各個(gè)能量感知EH節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)當(dāng)前預(yù)測(cè)的充電速率設(shè)置成簇等待時(shí)間的計(jì)時(shí)器；當(dāng)計(jì)時(shí)器結(jié)束，該EH節(jié)點(diǎn)成為簇頭并向周圍節(jié)點(diǎn)廣播成簇信息，發(fā)起成簇；

步驟3、成簇階段，收到成簇信息的普通節(jié)點(diǎn)首先會(huì)判斷自身是否已經(jīng)加入某一簇，如果還未加入任何一個(gè)簇，則根據(jù)自身與EH節(jié)點(diǎn)的距離設(shè)置計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器結(jié)束，該普通節(jié)點(diǎn)向簇首EH節(jié)點(diǎn)發(fā)送申請(qǐng)入簇信息，申請(qǐng)加入該簇；

步驟4、EH節(jié)點(diǎn)根據(jù)充電速率設(shè)置最大負(fù)載數(shù)，當(dāng)接收到來自普通節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)入簇信號(hào)，則判斷已加入的簇內(nèi)成員是否超過最大負(fù)載數(shù)；如果已加入的簇成員數(shù)未超過最大負(fù)載數(shù)，則立即向該普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送同意入簇信息并將其納入自身簇成員，否則，EH節(jié)點(diǎn)將忽視該申請(qǐng)入簇信號(hào)；

步驟5、網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)每隔時(shí)間T重新進(jìn)行一次分簇，跳轉(zhuǎn)至步驟2重新分簇過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載均衡的混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述的分簇方法中，網(wǎng)絡(luò)中分為普通節(jié)點(diǎn)和能量收集EH節(jié)點(diǎn)，并且只有EH節(jié)點(diǎn)成為簇頭，EH節(jié)點(diǎn)的充電過程與數(shù)據(jù)收發(fā)過程同步進(jìn)行，互不沖突。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載均衡地混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景布置以及網(wǎng)絡(luò)初始化處理至少還包括以下步驟：

步驟1、在需要監(jiān)控的區(qū)域隨機(jī)的播撒數(shù)量N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，由個(gè)EH節(jié)點(diǎn)和個(gè)普通節(jié)點(diǎn)組成，要求將EH節(jié)點(diǎn)盡量隨機(jī)均勻分布；

步驟2、所有傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的初始能量以及傳輸速率；普通節(jié)點(diǎn)的能量隨時(shí)間單調(diào)遞減，而EH節(jié)點(diǎn)具備感知能量的屬性，其充電速率是一個(gè)隨時(shí)間不斷變化的函數(shù)且受地理位置，時(shí)間等變量影響；在本方法中，節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)間周期T內(nèi)充電速率基本保持穩(wěn)定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載均衡地混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述步驟2中具體為：步驟1、EH節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前充電速率設(shè)置計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器設(shè)置方法為：

其中，為當(dāng)前周期下預(yù)測(cè)的充電速率，為硬件允許的最大充電速率；且當(dāng)充電速率為0時(shí)，該EH節(jié)點(diǎn)在該周期內(nèi)將暫時(shí)成為普通節(jié)點(diǎn)；而和分別是EH節(jié)點(diǎn)達(dá)到負(fù)載均衡狀態(tài)下的期望充電速率和EH節(jié)點(diǎn)在此狀態(tài)下計(jì)時(shí)器設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值；

步驟2、當(dāng)計(jì)時(shí)器結(jié)束，EH節(jié)點(diǎn)廣播成簇信息，發(fā)起成簇。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載均衡地混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述的步驟3的成簇階段還應(yīng)包括：

步驟1、普通節(jié)點(diǎn)基于能量消耗考慮盡可能加入更近的簇，距離判斷標(biāo)準(zhǔn)為接收到的EH節(jié)點(diǎn)成簇信號(hào)的強(qiáng)弱，信號(hào)越強(qiáng)則表示距離越近，節(jié)點(diǎn)會(huì)越快向EH節(jié)點(diǎn)發(fā)送申請(qǐng)入簇信息，等待時(shí)間為：

其中表示普通節(jié)點(diǎn)接收邀請(qǐng)的信號(hào)強(qiáng)度，為時(shí)間常數(shù)；

計(jì)時(shí)器結(jié)束，故普通節(jié)點(diǎn)將向簇首發(fā)送申請(qǐng)入簇信息；

步驟2、普通節(jié)點(diǎn)在等待向前一個(gè)EH節(jié)點(diǎn)發(fā)送申請(qǐng)入簇信息的時(shí)間內(nèi)，可能還會(huì)陸續(xù)收到其他的EH簇頭節(jié)點(diǎn)廣播的成簇信號(hào)，該普通節(jié)點(diǎn)會(huì)按照上述權(quán)利要求5的步驟1對(duì)EH節(jié)點(diǎn)一一進(jìn)行回復(fù)，直到接收到某一個(gè)EH節(jié)點(diǎn)的同意入簇信息，表示入簇成功。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載均衡地混合節(jié)點(diǎn)分簇方法，其特征在于所述的步驟4的EH節(jié)點(diǎn)的成簇階段具體為：

步驟1、簇首根據(jù)權(quán)利要求1的步驟2中所述的預(yù)測(cè)的充電速率計(jì)算出周期T內(nèi)所能支撐的最大負(fù)載數(shù)；

步驟2、簇首依次收到來自多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)的申請(qǐng)信號(hào)，每收到一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)的入簇申請(qǐng)，將立刻發(fā)送同意入簇信息以表示同意該節(jié)點(diǎn)入簇，并且執(zhí)行計(jì)數(shù)器自加操作，直到大于，簇首便不再接受其他普通節(jié)點(diǎn)的入簇申請(qǐng)，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸過程；

步驟3、另一種情況：當(dāng)在分簇過程規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，EH節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)成員數(shù)未達(dá)到最大負(fù)載數(shù)，其將不再等待更多的節(jié)點(diǎn)入簇，直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸過程。