[發明專利]一種多目標情景中無線傳感器網絡的節能分簇方法

有效

• 申請號: 201710535951.2
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107302780B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 方浩;陳杰;李碩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 11120 北京理工大學專利中心
• 代理人: 李微微;仇蕾安<國際申請>=<國際公布>

本發明公開了一種多目標情景中無線傳感器網絡的節能分簇方法，在簇生成階段，目標關聯的簇生成方法可以有效篩選與目標相關的節點加入簇，并將能量較低的節點排除，保證了網絡的融合精度和網絡壽命；在簇頭選舉階段，簇頭節點可以保證簇內的通信總消耗最優，同時防止單個節點成為多個簇的簇頭，避免了個別節點負擔過重快速消亡的問題；最后在拓撲裁剪的過程中，通過有效均衡節點的通信連接數來保證網絡壽命，同時在削減拓撲時考慮到對融合精度的影響，盡可能減小精度損失。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡和多源信息融合技術領域，具體涉及一種多目標情景中無線傳感器網絡的節能分簇方法，廣泛應用于多智能體分布式協同中。

背景技術

近年來，在目標感知無線傳感器網絡中，多源信息融合技術得到了較為廣泛的應用。同時，在實際應用中，考慮到無線傳感器網絡中節點能量，傳輸帶寬以及計算資源的有限性，相關學者提出了一系列方法來優化傳感器網絡能量消耗，從而達到延長網絡壽命，獲得更好的實際應用效果的目的。

在無線傳感器網絡中，分簇算法是一種常用且有效的網絡能量優化方法。分簇方法通過將傳感器網絡中的節點劃分為多個簇，并在每個簇中設定局部的簇頭節點來負責簇內信息的協調和融合工作。一般來講，在采用分簇方法進行優化的無線傳感器網絡中，各節點的通信對象主要集中在簇內，通信負載和融合負載上都相對減少，能量消耗相對均衡，網絡壽命相對較長。

然而，雖然現有的分簇方法可以有效地改善無線傳感器網絡的性能，但目前大多數的分簇方法都是針對單目標問題的，很少有針對多目標情景設計的網絡分簇方法。故有必要針對多目標問題設計相應的的網絡分簇方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種多目標情景中無線傳感器網絡的節能分簇方法，結合多目標情景下的實際需求，使得融合精度和網絡壽命可以得到充分的保證。

一種多目標情景中無線傳感器網絡的節能分簇方法，包括如下步驟：

步驟一、目標相關的簇生成過程，具體包括以下步驟：

Step 1：當無線傳感器網絡中的任意一個節點發現一個目標時，該節點將會廣播發送發現目標消息，網絡中每個節點根據其是否收到其它節點發送的發現目標消息來確定是否有其他節點已經發起了針對同一目標的組網申請：若沒有收到針對同一目標的發現目標消息，則該節點會向其它節點廣播發出一個ClusterMsg申請，發起組網申請；若收到針對同一目標的發現目標消息，該節點不動作；

Step 2：每個收到ClusterMsg申請信息的節點按照式(1)給出的形式判斷自身是否適合參與該簇；

其中，E_cur和E_max表示當前節點的能量值和網絡中能量的最高值；||Z₂-Z₁||表示當前節點觀測到的軌跡與當前簇對應的目標軌跡之間的跟蹤誤差，e_max表示誤差上限；α為時變參數；

如果P_tch＞P_tch0，其中P_tch0表示設定的閾值，則該節點會向發起組網的節點發出MemberMsg信息來申請加入簇；如果P_tch≤P_tch0，節點不發出MemberMsg信息；

步驟二、分布式簇頭選舉過程，具體為：

Step 1:當前簇中每個節點基于式(2)計算出ω_head,并廣播發送包含ω_head的比較消息CompareMsg；