[發(fā)明專利]基于六邊形質(zhì)心的簇頭選舉和動態(tài)時隙分配的簇路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110003990.4
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN113242587B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐會彬;曾孟佳;黃旭
• 申請（專利權(quán)）人: 湖州師范學(xué)院
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W52/02;H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

1.基于六邊形質(zhì)心的簇頭選舉和動態(tài)時隙分配的簇路由方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：建立網(wǎng)絡(luò)模型：引用基于六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個六邊形有一個質(zhì)心，假定存在M個質(zhì)心，則它們的坐標(biāo)表示為且k＝1,2,···,M，若簇頭位于質(zhì)心，則能以最少的簇頭數(shù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)；引用輪群概念：一個輪群由N個輪構(gòu)成，在輪群開始時，進(jìn)行簇頭選擇，每一輪由初始階段和數(shù)據(jù)傳輸階段構(gòu)成，在初始階段，完成簇頭選擇，并形成簇；在數(shù)據(jù)傳輸階段，將時間劃分不同時隙，并依通過節(jié)點密度給節(jié)點分配時隙，然后用于節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)；

S2：建立能耗模型：向相距d米接收端傳輸m比特數(shù)據(jù)，所消耗的能量E_Tx(m,d)：

式中：E_elec表示每傳輸一比特數(shù)據(jù)所消耗的能量；ε_fs、ε_amp分別表示在自由空間、雙徑衰落傳輸模型下的能量消耗因子；

節(jié)點接收m比特數(shù)據(jù)所消耗的能量E_Rx(m)：

E_Rx(m)＝m*E_elec (2)

S3：簇頭候選節(jié)點集：基站先收集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的能量，再計算節(jié)點平均能量E_avg，然后依據(jù)E_avg，選擇部分節(jié)點加入候選節(jié)點集ψ_CH，對于任意節(jié)點S_i，若它的剩余能量E_i大于平均能量E_avg，則將S_i加入ψ_CH，即ψ_CH←S_i，通過公式(3)表示：

ψ_CH←S_i，if E_i≥E_avg (3)

S4：設(shè)置節(jié)點序值：

首先，構(gòu)建N×M個離質(zhì)心距離矩陣如式(4)所示：

for i＝1:N

for k＝1:M

end for

end for (4)

式中：(x_i,y_i)表示節(jié)點S_i的位置坐標(biāo)，

矩陣中第一行表示節(jié)點S₁離M個質(zhì)心距離，類似地，第i行表示節(jié)點S_i離M個質(zhì)心距離，離質(zhì)心距離越小，成為簇頭概率越大，

計算矩陣中每一行的距離最小值，如式(5)所示：

利用式(5)可計算N個節(jié)點離M個質(zhì)心的最小距離，并依N個節(jié)點的最小距離值，對ψ_CH內(nèi)的節(jié)點按升序進(jìn)行排序，形成有序矩陣令λ_i表示節(jié)點S_i在的排序號，利用λ_i定義節(jié)點的序值

其中|ψ_CH|表示矩陣ψ_CH的元素個數(shù)；

S5：選舉簇頭：基站依據(jù)式(6)計算每個傳感節(jié)點的序值，并將此序值傳輸至各傳感節(jié)點，在每個超輪開始，傳感節(jié)點就將自己的序值與式(7)所定義的閾值進(jìn)行比較，若大于此閾值，就成為簇頭：

S6：基于可變長的時隙分配：形成簇后，簇頭采用時分多址TDMA方式給本簇內(nèi)節(jié)點分配時隙。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于六邊形質(zhì)心的簇頭選舉和動態(tài)時隙分配的簇路由方法，其特征在于：在S1中，六邊形的面積為：

其中，R為六邊形內(nèi)切圓半徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于六邊形質(zhì)心的簇頭選舉和動態(tài)時隙分配的簇路由方法，其特征在于：所述基于可變長的時隙分配具體包括以下步驟：

第一步：初始狀態(tài)時隙分配：

簇頭采用等長時隙規(guī)則分配時隙，采用m個時間幀，每個時間幀分配成n個時隙，初始分配時隙后，簇頭就將時隙分配表在本簇內(nèi)廣播，簇成員節(jié)點接收時隙分配表后，就依據(jù)此時隙分配表傳輸數(shù)據(jù)，

當(dāng)節(jié)點要傳輸數(shù)據(jù)，就先向簇頭發(fā)送一個“開始發(fā)送的”的控制消息，再開始傳輸數(shù)據(jù)Data，若在所分配的時隙內(nèi)，節(jié)點能夠完成數(shù)據(jù)Data的傳輸，就在數(shù)據(jù)Data傳輸完畢后，再發(fā)送一個“發(fā)送完畢”的控制消息，隨后進(jìn)入休眠狀態(tài)，將發(fā)送“發(fā)送完畢”控制消息的節(jié)點稱為工作節(jié)點，若在所分配的時隙內(nèi)，就在本時隙結(jié)束后，再發(fā)送一個“申請繼續(xù)”的控制消息，將發(fā)送“申請繼續(xù)”的控制消息的節(jié)點稱為繁忙節(jié)點，

第二步：時隙調(diào)整

簇頭會依據(jù)上一輪節(jié)點的狀態(tài)調(diào)整節(jié)點的時隙，簇頭引用時隙調(diào)整因子λ調(diào)整節(jié)點的時隙，令F(k,j)表示節(jié)點S_j在第k個時間幀的狀態(tài)，若節(jié)點S_j為工作節(jié)點，F(xiàn)(k,j)＝0；若節(jié)點S_i為繁忙節(jié)點，F(xiàn)(k,j)＝1，

令λ(k+1,j)表示節(jié)點S_j在第k+1個時間幀的時隙調(diào)整因子，且λ(k+1,j)＝1+0.5F(k,j)，假定一個簇內(nèi)有n個節(jié)點，節(jié)點S_i屬于該簇內(nèi)的一個節(jié)點，簇頭就依據(jù)式(8)調(diào)整節(jié)點S_i在下一個時間幀的時隙長度：

式中：T_s(k,j)表示第k個時間幀的第j個時隙長度；T_s(k+1,j)表示第k+1個時間幀的第j個時隙長度。