[發明專利]一種負載均衡的混合節點分簇方法

在審

• 申請號: 201710017760.7
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106792911A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李哲濤;桂飛;劉昊霖;鄧清勇;趙津鋒;朱江
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/04;H04W40/22;H04W84/18;H04L12/715
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技術領域

本發明主要涉及到無線通信和物聯網領域，特別涉及到無線傳感器網絡分簇領域，具體講的是一種負載均衡的混合節點分簇方法。

背景技術

無線傳感器網絡（WSN，Wireless sensor network）技術在當前無線通信技術飛速發展的大背景下得到了廣闊的應用。該網絡一般由大量能量受限的傳感器節點與一個或幾個基站組成,各傳感器節點隨機部署在需要監控的區域，形成自組織網絡感知和收集數據；分簇型傳感網絡以簇為單位進行數據收集，首先將網絡傳感器節點分成不同的簇,簇內選舉簇頭節點融合數據，其次多個簇頭將融合數據傳輸至基站，完成數據傳輸。

由于壽命有限，無線傳感器網絡中的節點需要定時更換和維護；而節點部署的隨機性又極大增加了更換和維護的成本，在此背景下，帶能量感知型節點的無線傳感器網絡由于壽命得到大幅增長而獲得了廣泛運用；能量感知節點是一類可以從周圍環境中收集能量的特殊節點，目前應用較多的有太陽能，地熱能，風能和潮汐能感知節點等等。

由于成為簇頭的巨大能耗，傳統分簇網絡中采用簇頭輪換機制將成為簇頭的能耗分散到各節點，這種策略避免了節點過早死亡，但整個網絡的壽命依然較低；而帶有能量感知型節點的無線傳感器網絡可以利用能量感知型節點作為簇頭，同時利用其充電特性補充成為簇頭所帶來的能耗，極大提升了網絡壽命；但由于地理氣候環境等諸多因素影響，感知型節點的充電速率往往呈現不穩定的狀態，這使得整個網絡的性能得不到更進一步的提升。基于此，設計了一種負載均衡的混合節點分簇方法。

發明內容

本發明公開了一種負載均衡的混合節點分簇方法，主要應用能量感知節點根據充電速率設置計時器的方式動態調節成簇等待時間和簇內成員數目，以及普通節點根據距離競爭的入簇方式選擇更加合適的蔟加入的分簇方法，使得整個網絡結構最優，降低網絡的能耗，延長網絡的生命周期。

根據本發明應用背景，提供一種負載均衡的混合節點分簇方法將網絡運行過程分為相鄰的、等長并且互相獨立的周期，每一時間周期內分簇過程至少包括以下除步驟1之外的所有步驟：

步驟1、網絡場景的布置以及網絡的初始化處理；

步驟2、規定每一次分簇過程的時間固定不變，由成簇等待時間和成簇時間組成，在分簇過程起始時刻，各個能量感知EH節點會根據當前充電速率設置成簇等待時間的計時器，當計時器結束，該EH節點成為簇頭并向周圍節點廣播成簇信息，發起成簇；

步驟3、成簇階段，收到成簇信息的普通節點首先會判斷自身是否已經加入某一簇，如果還未加入任何一個簇，則根據自身與EH節點的距離設置計時器；計時器結束，該普通節點向簇首EH節點發送申請入簇信息，申請加入該簇；

步驟4、EH節點根據充電速率設置最大負載數，當接收到來自普通節點的申請入簇信號，則判斷已加入的簇內成員是否超過最大負載數；如果已加入的簇成員數未超過最大負載數，則立即向該普通節點發送同意入簇信息并將其納入自身簇成員；否則，EH節點將忽視該申請入簇信號，并且進入數據傳輸過程；另一種情況：當在規定的分簇過程的時間內，EH節點的簇內成員數未達到最大負載數，其將不再等待更多的節點入簇，直接進入數據傳輸過程；

步驟6、網絡各節點每隔時間T重新進行一次分簇，跳轉至步驟2重新成簇過程。

與現有技術相比，本方法的優點在于：

1.在該網絡中，采用自主分布式分簇方式，無需人為管理，簡單有效；

2.由于現實中EH節點充電速率受地理和氣候環境的影響，在極端條件下，EH節點根據充電速率設置計時器的方式動態調節成簇時間和簇內成員數目，以及普通節點根據距離競爭的入簇方式選擇更加合適的蔟加入，這種分簇方法可以動態調節蔟的數目和整個網絡結構，減少傳輸能耗，提高網絡的生存周期。

附圖說明

圖1是網絡場景初始化示意圖。

圖2是分簇示意圖。

圖3是EH節點分簇過程示意圖。

圖4是普通節點分簇過程示意圖。

具體實施方法：

本發明方案的具體步驟為：

步驟1，如圖1所示，網絡場景的布置以及網絡的初始化處理：

1）在需要監控的區域隨機的播撒數量100個傳感器節點，由10個EH節點和90個普通節點組成，要求EH節點盡量隨機均勻分布；