[发明专利]一种基于簇的动态地址分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络地址分配技术领域，涉及一种基于簇的动态地址分配方法。

背景技术

无线传感器网络是大量由敏感元件构成的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户，在军事应用、环境监测等各种安全场合具有广泛的应用前景。在无线传感器网络中，节点能量通常是不可再生的，能量因此成为影响网络寿命的关键因素。研究表明，与处理和传感过程相比，通信过程消耗了节点的绝大部分能量，而在无线传感器网络的通信开销中MAC地址往往占据了相当大的比例。因此，减少MAC地址长度、降低节点通信能耗，对延长节点以及整个网络的使用寿命都有十分重要的意义。

目前在无线传感器网络地址分配问题上常见的方法有全局唯一地址分配方法、基于虚拟小区的地址分配方法、基于博弈模型的地址分配方法等。全局唯一的分配方法分配的地址长度较长，采用树型结构分配耗时较长；基于虚拟小区的方法对网络要求较为严格，需要每个小区只包含一个节点；基于博弈模型的方法由于节点自己进行博弈选择策略并随机选择地址，会发生地址冲突。

发明内容

本发明提供了一种基于簇的动态地址分配方法。能够在处理新节点加入或者死亡节点剔除时只在簇内进行，提高了网络的动态灵活性，解决通信过程中由于通信频率不同等带来的节点能耗不均，平衡网络节点能量，提高整个网络的寿命。

本发明所采用的技术方案是，一种基于簇的动态地址分配方法，按照以下步骤实施：

第一步：初始化

①分簇：以R′为边长，将边长为a的传感器网络划分为若干个正方形小区，每个小区内的节点为一个簇；

其中，R′＝0.7R，R为节点的通信半径；

②每个节点i根据物理位置信息(x′_i，y′_i)获得簇地址A_i：

其中，x′_i，y′_i分别为节点i的横、纵坐标，mod为取余运算，为向下取整运算，dec2bin为十进制转换为二进制，A_i为节点i的簇地址；

③在每个簇内，中心节点为簇内每个节点分配簇内地址B_i：

i)对于节点i，计算比例因子直到簇内所有的ω_i都计算出来；

其中，n_i为节点i的一跳邻居节点个数，E_i(T)为节点i在当前时刻T的剩余能量；

ii)簇内各节点按照ω_i从大到小进行排序；

iii)中心节点对其进行簇内地址的分配，其长度是从小到大的，即0，1，00，01，10，…；

④通过“簇地址A_i+簇内地址B_i”的形式进行拼接就成为节点的MAC地址；

第二步：地址更新

地址更新是以簇为单位的，对每个簇，簇内每个节点都要进行如下步骤：

①簇内节点进行更新判断

若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比达到σ(σ为更新阈值时)，该簇节点进行第②步；若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比未达到σ，该簇内节点地址不变；

根据以下方法判断节点是否需要更新：

i)对于节点i，计算剩余能量比并判断是否有μ_i＜μ₀，若是，进行第ii)步；若否，对于i+1进行第i)步，其中，μ₀为剩余能量比阈值；

ii)对于节点i，计算节点当前时刻的剩余能量E_i(T)并判断是否有E_l＜E_i(T)＜E_u，若是，进行第iii)步；若否，对于i+1进行第i)步，其中E_u、E_l分别为剩余能量的上限阈值和下限阈值；