[發明專利]一種面向邊緣計算的輕量級異構網絡分簇方法

有效

• 申請號: 201811407519.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109309620B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 杜瑞忠;劉妍;何欣楓;劉凡鳴
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H04L12/715
• 分類號: H04L12/715;H04L12/733;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

1.一種面向邊緣計算的輕量級異構網絡分簇方法，其特征是，包括以下步驟：

a、確定場景大小；

設場景大小為W×W，且場內隨機分布有N個傳感器節點，基站設置在場景外；

在數據量大小為l時網絡每輪能量消耗E_round如下：

E_round＝l[(2N-k)E_elec+NE_da+kε_MPE(d⁴_toBS)+(N-k)ε_FSE(d²_toCH)] (1)

式(1)中，E_da是每bit數據在簇頭聚合所耗費的能量，k是當前場景下所需的分簇數量；d_toCH是簇內節點到簇頭的距離，d_toBS是簇頭到基站的距離，E_elec表示傳感器節點發射或接收每bit數據消耗的能量，ε_MP為多徑衰落信道模型下傳感器節點消耗的能量，ε_FS是自由空間信道模型下傳感器節點消耗的能量；E表示取平均；

b、確定最優簇數；

簇內節點到簇頭的距離d_toCH可根據如下公式得知：

根據公式(1)和(2)，并以網絡每輪能量消耗最小化為原則計算得到最優簇數k_opt：

c、選出簇頭，確定簇域；

c-1、選出簇頭；

對于第i個傳感器節點，若其既滿足E_i(r)＞lE_da又滿足p_i＜Th(N_i)，則該第i個傳感器節點被選為簇頭；

E_i(r)是第r輪中第i個傳感器節點的剩余能量；

p_i是第i個傳感器節點被選擇為簇頭的概率值，p_i的公式如下：

其中，a_i是指第i個傳感器節點的非均勻性因子，A表示所有傳感器節點初始非均勻性因子之和，表示當前第r輪傳感器節點的平均剩余能量，p_opt是傳感器節點成為簇頭的最優概率；

和p_opt的表達式如下：

Th(N_i)的表達式如下：

式(7)中，N_i表示第i個傳感器節點，G_i(r)表示第r輪的第i個節點不是簇頭，mod表示求余，表示向上取整，r為當前輪數；

c-2、確定簇域；

設第i個非簇頭節點的坐標為(X_i,Y_i)，第j個簇頭節點的坐標為(X_(j)CH,Y_(j)CH)，基站的坐標為(X_BS,Y_BS)，則第i個非簇頭節點到基站的距離如下：

第i個非簇頭節點到最近簇頭的距離如下：

“N\CH”表示非簇頭節點，“CH”表示簇頭節點；

比較公式(8)和公式(9)的大小，若第i個非簇頭節點到基站的距離小于第i個非簇頭節點到最近簇頭的距離，則第i個非簇頭節點不歸入任何一個簇，即第i個非簇頭節點為不形成簇的節點，對于這種不形成簇的節點其在傳輸數據時直接將數據傳輸至基站；若第i個非簇頭節點到基站的距離大于等于第i個非簇頭節點到最近簇頭的距離，則第i個非簇頭節點歸屬于距其最近的簇頭所在的簇域；

遍歷所有非簇頭節點，完成各個簇頭所管理的簇內節點的確定、劃分；

d、數據采集融合和傳輸；

通過最優路由路徑使數據由簇內節點傳輸至簇頭，并由簇頭傳輸至基站；對于不形成簇的節點，數據直接由節點傳輸至基站；

e、判斷異構網絡中所有傳感器節點是否全部死亡，如果是，則結束，如果否則循環執行步驟c和步驟d；

公式(3)中的簇頭到基站的距離d_toBS可通過下式求得：

式(10)中，設簇頭的坐標是(x，y)，且簇頭的分布函數為ρ(x,y)＝1/W²；基站的坐標為(0，H)；

在公式(10)中加入修正因子，得到簇頭到基站的距離d_toBS如下：

2.根據權利要求1所述的面向邊緣計算的輕量級異構網絡分簇方法，其特征是，步驟d中最優路由路徑的選取采用協作式傳輸技術的多跳路由通信方法進行。