[發明專利]一種用于無線傳感網絡中的低能耗多徑傳輸方法

在審

• 申請號: 202110507978.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113365323A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 蔣池劍;閻峻;朱佳;曹新立;趙鋒;董夢然;李雪強;宋興樂;劉瑩;周忠冉;顧亞林
• 申請（專利權）人: 華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司;國網新源控股有限公司;南京南瑞信息通信科技有限公司
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W72/04;H04W84/18;G06K9/62
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種用于無線傳感網絡中的低能耗多徑傳輸方法。為了克服現有技術的無線傳感網絡聚類算法存在的高能耗和網絡壽命較短的問題；本發明包括以下步驟：S1：部署無線傳感網絡并進行預處理；S2：進行譜聚類，確定最佳的簇數及無線傳感器網絡簇的集合；S3：選舉網絡的簇頭；S4：數據傳輸，向每個節點分配它可以向信道傳輸數據的時間。本方案基于圖論中的譜聚類，將網絡連續劃分為固定數量和最優數量的簇，以最小化無線傳感網絡的能量消耗和延長網絡壽命。

技術領域

本發明涉及一種無線傳感網絡領域，尤其涉及一種用于無線傳感網絡中的低能耗多徑傳輸方法。

背景技術

集成數字電子、微機電系統和無線通信促進了微傳感器的發展。這些傳感器是多功能的小型設備，可以在短距離內自由通信，功耗低，成本低。這些傳感器節點負責調節物理體驗并將周期性結果傳輸到基站，基站感測、處理數據、將數據傳送到基站，并共同形成無線傳感器網絡。在無線傳感器網絡中，傳感器節點通常被隨機或手動地分組并放置在大規模的給定區域中，當基站連接到互聯網時，每個節點的傳感數據被收集到一個匯聚點，以收集本地物理信息，對它們進行處理，并將其發送到基站，此外，無線傳感器網絡的一個顯著特征是其節點能夠協作并負責數據融合。傳感器節點能夠利用它們的處理能力在本地執行計算和融合操作，以僅傳輸所需的信息。

無線傳感器網絡的特點使其可以用于各種領域，特別是監視環境現象，在某些情況下，對觀察到的現象做出反應。與傳統技術相比，無線傳感器網絡技術在有效探測環境變化方面是一項很有前途的綠色技術。用于環境監測的無線傳感器網絡由大量低成本電池供電的傳感器節點組成，這些節點緊密地分布在不可到達的物理區域或空間中。因此，在無線傳感器網絡中提出的主要挑戰是傳感器節點有限的處理能力資源。

在實踐中，節點電池能量減少后很難更換或充電，因為節點部署在不利的環境中。因此，傳感器網絡協議必須首先關注能量管理，以最大化網絡壽命，而傳統網絡旨在獲得高水平的服務質量。這一領域涉及許多研究問題。然而，其中所提出的無線傳感器網絡高效分簇和能量優化算法的設計是其中最有前途的解決方案。

在無線傳感器網絡中，傳感器節點被有效地分組到稱為簇的各個不相交的集合中。在無線傳感器網絡中，提供了集群、對緊張資源的有效利用、網絡可擴展性、資源分布，并賦予網絡拓撲恒定性和能量經濟屬性。分簇還降低了通信開銷，提高了資源利用率，從而降低了傳感器節點的能量和干擾。

在分層網絡結構中，每個簇都有一個領導者，也稱為簇頭，幾個公共傳感器節點作為成員只與其簇頭通信。簇頭通常執行數據融合、聚合和傳輸到基站的特殊任務。因此，各種社區衛生服務需要得到適當的解決，以保持社區衛生服務能耗的平衡；否則，由于數據轉發和數據聚合的額外工作負載，它們將很快死亡。主要基于簇的路由算法最初隨機或按概率選擇CHs(簇頭)，然后形成簇。然而，在這種情況下，所有的CHs可以位于網絡的一個小區域，一些普通的節點將被隔離，這可能導致網絡功能障礙。能耗較高，網絡壽命短。

例如，一種在中國專利文獻上公開的“一種仿蛛網無線傳感器網絡通信方法及無線傳感器網絡”，其公告號CN111263323A，網絡包括中心節點以及分布在中心節點周圍的無線傳感器節點，各無線傳感器節點和中心節點構成通信區域；所述通信區域中包括若干簇頭區，所述簇頭區為兩條以中心節點為起點的設定夾角的射線與通信區域邊緣所圍成的區域；簇頭區內的無線傳感器節點選舉產生簇頭，同一簇頭區內的各簇頭與中心節點在同一直線上或同一直線兩側設定范圍內；非簇頭的無線傳感器節點通過簇頭與中心節點通信。該類無線傳感網絡能耗較高，網絡壽命短。

發明內容

本發明主要解決現有技術的無線傳感網絡聚類算法存在的高能耗和網絡壽命較短的問題；提供一種用于無線傳感網絡中的低能耗多徑傳輸方法，。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種用于無線傳感網絡中的低能耗多徑傳輸方法，包括以下步驟：

S1：部署無線傳感網絡并進行預處理；