[發(fā)明專利]一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其分簇算法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010121104.3
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111314987A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康林賢;萬康鴻;左坤;李良書;遲清;張曉蘭;楊傳凱;李娟絨;余華興;吳經(jīng)鋒;丁彬;谷永剛;李鵬程;徐丹;王子為
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)陜西省電力公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 西安西交通盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 蔡和平

1.一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，包括：

步驟1，每個傳感器產(chǎn)生一個0～1的隨機(jī)數(shù)與設(shè)定的簇頭選舉閾值比較；對于每個傳感器，如果傳感器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)小于簇頭選舉閾值，對應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)成為候選簇頭節(jié)點(diǎn)，否則對應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)成為普通節(jié)點(diǎn)；

步驟2，候選簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)公式(1)確定競爭半徑，進(jìn)行區(qū)域劃分，成為簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播通知其他節(jié)點(diǎn)自身節(jié)點(diǎn)的ID及位置，每個簇頭節(jié)點(diǎn)的半徑計算公式為，

式中，R₀為簇頭的最大簇半徑，為簇頭節(jié)點(diǎn)的密度，在0～1之間取值，d_max和d_min分別表示網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點(diǎn)到基站的最大和最小距離，表示該簇頭節(jié)點(diǎn)與基站的距離；

步驟3，普通節(jié)點(diǎn)接受簇頭節(jié)點(diǎn)的廣播后，選擇距離自己最近的簇頭節(jié)點(diǎn)加入該簇并廣播發(fā)送包含要加入簇的簇頭節(jié)點(diǎn)ID及自身ID、能量和位置的信息，完成分簇。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，步驟1中，所述簇頭節(jié)點(diǎn)選舉閾值由EEUC算法定義T(n)，表達(dá)式為，

式中，p為簇頭占所有節(jié)點(diǎn)總數(shù)的百分比；r為當(dāng)前簇頭選舉的輪次；G為第1/p輪之前未當(dāng)選過簇頭的節(jié)點(diǎn)集合，E_{n_max}和E_{n_current}分別表示節(jié)點(diǎn)的初始能量和當(dāng)前能量；

α_n表示節(jié)點(diǎn)n的密度，計算表達(dá)式為，

式中，p為簇頭占所有節(jié)點(diǎn)總數(shù)的百分比，Neighbor(n)_alive和Network(n)_alive分別表示節(jié)點(diǎn)n的鄰居節(jié)點(diǎn)以及整個網(wǎng)絡(luò)中存活節(jié)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，還包括：

步驟4，簇頭節(jié)點(diǎn)接受普通節(jié)點(diǎn)廣播后，根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)ID判斷自己是否為預(yù)期接收者，若自己是預(yù)期接收者，則記錄該普通節(jié)點(diǎn)信息，否則丟棄所述普通節(jié)點(diǎn)廣播信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，還包括：

步驟5，各個簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)TDMA劃分時間段并依據(jù)多跳通信模型，計算到周圍簇頭節(jié)點(diǎn)的通信代價，構(gòu)造到基站通信代價最小的路由表，并沿此路由發(fā)送信息；

普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)TDMA在規(guī)定時間段內(nèi)將感測到的信息發(fā)送至所在簇的簇頭節(jié)點(diǎn)，其他時間處于休眠狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，還包括：

步驟6，重復(fù)步驟1至步驟5。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，步驟5中，所述多跳通信模型具體為，

能耗模型采用自由空間模型；

簇頭節(jié)點(diǎn)q經(jīng)j向基站傳輸單位bit數(shù)據(jù)消耗的能量，表達(dá)式為，

式中，d_toBS(j)為簇頭節(jié)點(diǎn)q的簇頭節(jié)點(diǎn)j至基站的距離；d_(q,j)、d_(q,k)分別為簇頭節(jié)點(diǎn)q至簇頭節(jié)點(diǎn)j、k的距離；E_resedual(j),E_max(j)分別為簇頭節(jié)點(diǎn)j的節(jié)點(diǎn)剩余能量和最初具有的能量。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向智能電網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，其特征在于，步驟5中，所述各個簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)TDMA劃分時間段并依據(jù)多跳通信模型，具體包括：簇頭節(jié)點(diǎn)以多跳路由的方式向基站傳輸數(shù)據(jù)，在選擇中繼簇頭節(jié)點(diǎn)時考慮中繼簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量，以及中繼簇頭距基站的距離。