[發(fā)明專利]一種考慮組網(wǎng)穩(wěn)定性的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810342157.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN110392410B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭萌;陳思;梁煒;張思超;王愷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H04W40/32
• 分類號(hào): H04W40/32;H04W40/04;H04W40/10;H04W84/18;H04W16/14;H04L45/00;H04B17/382
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種考慮組網(wǎng)穩(wěn)定性的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法。認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)檢測(cè)自身的剩余能量和可用信道的信息并將其廣播。每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)集合和可用信道信息構(gòu)建所有二分圖，根據(jù)最大二分圖中節(jié)點(diǎn)的剩余能量、節(jié)點(diǎn)數(shù)量和公共可用信道數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)權(quán)重。權(quán)重大的節(jié)點(diǎn)成為簇首，其它節(jié)點(diǎn)加入鄰居簇首所在簇。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)簇的公共可用信道全部被占用，重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的節(jié)點(diǎn)權(quán)重的計(jì)算方法，根據(jù)重新分簇條件，重點(diǎn)考慮簇內(nèi)公共可用信道數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體地說是一種針對(duì)認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大規(guī)模、低成本的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織形成的短距離通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事監(jiān)控和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。隨著無線技術(shù)的快速增長，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Wifi，藍(lán)牙，等無線技術(shù)都工作在免授權(quán)的工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療頻段(ISM2.4GHz)，這使得該免授權(quán)頻段變得非常擁擠。無線信道的開放共享特性使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)受到其他無線技術(shù)干擾，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將認(rèn)知無線電技術(shù)引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可以實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)高質(zhì)量授權(quán)頻段的動(dòng)態(tài)機(jī)會(huì)式接入，為上述問題提供了解決思路。頻譜動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)漕l繁變化，網(wǎng)絡(luò)開銷巨大。分簇管理能夠有效控制頻譜動(dòng)態(tài)性引發(fā)的開銷問題，因此認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇協(xié)議設(shè)計(jì)近年來成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇協(xié)議除了需要考慮傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總能耗或網(wǎng)絡(luò)壽命指標(biāo)，還需要考慮頻譜的動(dòng)態(tài)變化。現(xiàn)有的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇協(xié)議沒有考慮簇內(nèi)公共可用信道備份問題。當(dāng)簇內(nèi)公共可用信道被占用且無備用公共可用信道時(shí)，網(wǎng)絡(luò)需要重新分簇。若頻譜變化快，則導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，分簇頻率過高，通信開銷加劇。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇協(xié)議所存在的分簇頻率高、開銷大的問題，本發(fā)明提出一種考慮組網(wǎng)穩(wěn)定性的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法。該分簇方法充分考慮網(wǎng)絡(luò)能量和頻譜的動(dòng)態(tài)變化問題，以簇內(nèi)公共可用信道數(shù)作為節(jié)點(diǎn)權(quán)重的計(jì)算元素之一，可以降低拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻率，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種考慮組網(wǎng)穩(wěn)定性的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇方法，包括以下步驟：

初始化：節(jié)點(diǎn)檢測(cè)自身的能量和頻譜的信息，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互；

構(gòu)建簇結(jié)構(gòu)：通過構(gòu)建二分圖并選擇簇首，以簇首為中心構(gòu)建簇。

所述初始化執(zhí)行以下步驟：

步驟1.1，剩余能量檢測(cè)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)CR_i檢測(cè)自己的剩余能量E_i；

步驟1.2，頻譜感知：每個(gè)節(jié)點(diǎn)CR_i檢測(cè)未被主用戶占用的可用信道的集合C_i；

步驟1.3，廣播信息：每個(gè)節(jié)點(diǎn)CR_i廣播已檢測(cè)到的剩余能量E_i和可用信道C_i的信息；節(jié)點(diǎn)CR_i將所有接收到信息的源節(jié)點(diǎn)作為鄰居節(jié)點(diǎn)，令N_i表示節(jié)點(diǎn)CR_i的鄰居節(jié)點(diǎn)集合。

所述構(gòu)建簇結(jié)構(gòu)執(zhí)行以下步驟：

步驟2.1：網(wǎng)絡(luò)中存在n個(gè)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)均為未分簇；