[發(fā)明專利]一種面向邊緣計(jì)算的輕量級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811407519.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN109309620B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜瑞忠;劉妍;何欣楓;劉凡鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/715
• 分類號(hào): H04L12/715;H04L12/733;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

本發(fā)明提供了一種面向邊緣計(jì)算的輕量級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇方法。該方法包括如下步驟：首先確定場(chǎng)景大小，其次根據(jù)場(chǎng)景大小確定最優(yōu)簇?cái)?shù)；接著在當(dāng)前輪中選簇頭并確定簇域，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集融合和傳輸；當(dāng)前輪結(jié)束后，判斷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)是否全部死亡，如果是則結(jié)束，如果否則接著在下一輪中選簇頭并確定簇域，如此循環(huán)直至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)全部死亡。本發(fā)明能夠延長第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)前的時(shí)間，并且全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)幾乎是在同一時(shí)刻或其小范圍的附近時(shí)刻死亡，在每輪網(wǎng)絡(luò)總能量消耗較少，其很好地均衡了簇內(nèi)和簇間全部節(jié)點(diǎn)的能量消耗且最小化總能量消耗，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命，并提高全網(wǎng)的工作性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種面向邊緣計(jì)算的輕量級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇方法。

背景技術(shù)

邊緣計(jì)算是萬物互聯(lián)時(shí)代的支撐平臺(tái)。邊緣計(jì)算模型在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上增加執(zhí)行任務(wù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析處理能力，將原有云計(jì)算模型的部分或全部計(jì)算任務(wù)遷移到網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上，充分利用邊緣設(shè)備空閑資源，降低云計(jì)算中心負(fù)載，減緩網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，提高萬物互聯(lián)時(shí)代數(shù)據(jù)的處理效率。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)具有可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)重新配置、可靠性、低成本和低能耗等優(yōu)點(diǎn)。所有這些優(yōu)勢(shì)都有助于WSN集成到不同領(lǐng)域以滿足多種需求，即將WSN應(yīng)用到邊緣計(jì)算中成為可能。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中也存在許多問題，如覆蓋范圍、生存時(shí)間、能源效率和安全等。如何利用節(jié)點(diǎn)有限的能量延長網(wǎng)絡(luò)壽命，增大網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中亟需解決的問題之一。

現(xiàn)如今對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究大多采用分簇路由協(xié)議來降低能量消耗，近年來提出了很多對(duì)集群和能源效率進(jìn)行優(yōu)化的方案，如LEACH協(xié)議、SEP協(xié)議和DEEC協(xié)議等。LEACH協(xié)議以隨機(jī)的方式選擇簇頭并采取周期性輪換簇頭，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，從而達(dá)到降低能量消耗和提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。但由于其假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)都以相等能量開始，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中性能表現(xiàn)較差。SEP協(xié)議專門為異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，但分簇中以概率方式頻繁選舉簇頭，沒有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，極易造成低能量節(jié)點(diǎn)多次當(dāng)選簇頭，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)因能量消耗過快而過早死亡，致使出現(xiàn)凍結(jié)網(wǎng)絡(luò)。DEEC協(xié)議考慮剩余能量進(jìn)一步提高概率閾值精度，優(yōu)化選舉方法。該協(xié)議假設(shè)基站(BS)位于網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中心進(jìn)行工作，當(dāng)基站遠(yuǎn)離傳感器區(qū)域時(shí)，其不能理想工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種面向邊緣計(jì)算的輕量級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇方法，本方法能夠較好的均衡簇內(nèi)、簇間以及簇頭到基站的能量消耗，有效延長網(wǎng)絡(luò)的生存壽命且更為適合網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)較為頻繁的邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種面向邊緣計(jì)算的輕量級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇方法，包括以下步驟：

a、確定場(chǎng)景大小；

設(shè)場(chǎng)景大小為W×W，且場(chǎng)內(nèi)隨機(jī)分布有N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，基站設(shè)置在場(chǎng)景外；

在數(shù)據(jù)量大小為l時(shí)網(wǎng)絡(luò)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)