[發明專利]一種面向智能電網的無線傳感器網絡及其分簇算法

在審

• 申請號: 202010121104.3
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111314987A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）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;吳經鋒;丁彬;谷永剛;李鵬程;徐丹;王子為
• 申請（專利權）人: 國網陜西省電力公司電力科學研究院;國網陜西省電力公司;國家電網有限公司
• 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權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 蔡和平

本發明公開了一種面向智能電網的無線傳感器網絡及其分簇算法，包括：對無線傳感器網絡LEACH算法進行改進，在簇頭選舉時，將剩余能量、節點密度考慮在內來保證簇頭選取的合理性；分簇時采取非均勻分簇機制構造大小不等的簇半徑；在簇間通信采用多跳方式向基站傳輸數據，將簇頭節點間距離及剩余能量作為下一跳中繼節點的選擇依據，達到均衡能量負載目的。通過對比實驗可知，從首個節點失效輪次比較，本發明提出的算法比LEACH提高了76％，較LEACH?DC提高了25％，較EEUC提高了32％。本發明的算法運行至1600輪次時，仍有節點存活，有效延長了網絡周期。

技術領域

本發明屬于網絡分簇算法技術領域，特別涉及一種面向智能電網的無線傳感器網絡及其分簇算法。

背景技術

隨著泛在電力物聯網的提出，新一代的智慧變電站引入了大量的主控設備和輔助設備傳感器以及數據采集終端。傳統的有線網絡方式難以適應大量傳感器和數據采集終端的網絡接入，無線傳感器網絡由于可獨立自由組網和低功率的特點，十分適用于變電站內的接入傳感器和數據采集終端的需求。

為了保證變電站中主控設備和輔助設備實時監測、保護、控制的應用需求，傳感節點需要長時間處在工作狀態，降低傳感節點能耗成為關鍵問題。

現有的無線傳感網絡中的路由算法主要是LEACH算法、LEACH-DC算法和EEUC算法等，這些現有算法都存在能耗較高的問題，難以滿足變電站中傳感節點數量多、監測時間長以及響應時間短的要求。

綜上，亟需一種新的面向智能電網的無線傳感器網絡分簇算法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向智能電網的無線傳感器網絡及其分簇算法，以解決上述存在的一個或多個技術問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種面向智能電網的無線傳感器網絡分簇算法，包括：

步驟1，每個傳感器產生一個0～1的隨機數與設定的簇頭選舉閾值比較；對于每個傳感器，如果傳感器產生的隨機數小于簇頭選舉閾值，對應傳感器節點成為候選簇頭節點，否則對應傳感器節點成為普通節點；

步驟2，候選簇頭節點根據公式(1)確定競爭半徑，進行區域劃分，成為簇頭節點；簇頭節點發送廣播通知其他節點自身節點的ID及位置，每個簇頭節點的半徑計算公式為，

式中，R₀為簇頭的最大簇半徑，為簇頭節點的密度，在0～1之間取值，d_max和d_min分別表示網絡中的簇頭節點到基站的最大和最小距離，表示該簇頭節點與基站的距離；

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

本發明的進一步改進在于，步驟1中，所述簇頭節點選舉閾值由EEUC算法定義T(n)，表達式為，

式中，p為簇頭占所有節點總數的百分比；r為當前簇頭選舉的輪次；G為第1/p輪之前未當選過簇頭的節點集合，E_{n_max}和E_{n_current}分別表示節點的初始能量和當前能量；

α_n表示節點n的密度，計算表達式為，

式中，p為簇頭占所有節點總數的百分比，Neighbor(n)_alive和Network(n)_alive分別表示節點n的鄰居節點以及整個網絡中存活節點。