[发明专利]一种负载均衡的混合节点分簇方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到无线通信和物联网领域，特别涉及到无线传感器网络分簇领域，具体讲的是一种负载均衡的混合节点分簇方法。

背景技术

无线传感器网络（WSN，Wireless sensor network）技术在当前无线通信技术飞速发展的大背景下得到了广阔的应用。该网络一般由大量能量受限的传感器节点与一个或几个基站组成,各传感器节点随机部署在需要监控的区域，形成自组织网络感知和收集数据；分簇型传感网络以簇为单位进行数据收集，首先将网络传感器节点分成不同的簇,簇内选举簇头节点融合数据，其次多个簇头将融合数据传输至基站，完成数据传输。

由于寿命有限，无线传感器网络中的节点需要定时更换和维护；而节点部署的随机性又极大增加了更换和维护的成本，在此背景下，带能量感知型节点的无线传感器网络由于寿命得到大幅增长而获得了广泛运用；能量感知节点是一类可以从周围环境中收集能量的特殊节点，目前应用较多的有太阳能，地热能，风能和潮汐能感知节点等等。

由于成为簇头的巨大能耗，传统分簇网络中采用簇头轮换机制将成为簇头的能耗分散到各节点，这种策略避免了节点过早死亡，但整个网络的寿命依然较低；而带有能量感知型节点的无线传感器网络可以利用能量感知型节点作为簇头，同时利用其充电特性补充成为簇头所带来的能耗，极大提升了网络寿命；但由于地理气候环境等诸多因素影响，感知型节点的充电速率往往呈现不稳定的状态，这使得整个网络的性能得不到更进一步的提升。基于此，设计了一种负载均衡的混合节点分簇方法。

发明内容

本发明公开了一种负载均衡的混合节点分簇方法，主要应用能量感知节点根据充电速率设置计时器的方式动态调节成簇等待时间和簇内成员数目，以及普通节点根据距离竞争的入簇方式选择更加合适的蔟加入的分簇方法，使得整个网络结构最优，降低网络的能耗，延长网络的生命周期。

根据本发明应用背景，提供一种负载均衡的混合节点分簇方法将网络运行过程分为相邻的、等长并且互相独立的周期，每一时间周期内分簇过程至少包括以下除步骤1之外的所有步骤：

步骤1、网络场景的布置以及网络的初始化处理；

步骤2、规定每一次分簇过程的时间固定不变，由成簇等待时间和成簇时间组成，在分簇过程起始时刻，各个能量感知EH节点会根据当前充电速率设置成簇等待时间的计时器，当计时器结束，该EH节点成为簇头并向周围节点广播成簇信息，发起成簇；

步骤3、成簇阶段，收到成簇信息的普通节点首先会判断自身是否已经加入某一簇，如果还未加入任何一个簇，则根据自身与EH节点的距离设置计时器；计时器结束，该普通节点向簇首EH节点发送申请入簇信息，申请加入该簇；

步骤4、EH节点根据充电速率设置最大负载数，当接收到来自普通节点的申请入簇信号，则判断已加入的簇内成员是否超过最大负载数；如果已加入的簇成员数未超过最大负载数，则立即向该普通节点发送同意入簇信息并将其纳入自身簇成员；否则，EH节点将忽视该申请入簇信号，并且进入数据传输过程；另一种情况：当在规定的分簇过程的时间内，EH节点的簇内成员数未达到最大负载数，其将不再等待更多的节点入簇，直接进入数据传输过程；

步骤6、网络各节点每隔时间T重新进行一次分簇，跳转至步骤2重新成簇过程。

与现有技术相比，本方法的优点在于：

1.在该网络中，采用自主分布式分簇方式，无需人为管理，简单有效；

2.由于现实中EH节点充电速率受地理和气候环境的影响，在极端条件下，EH节点根据充电速率设置计时器的方式动态调节成簇时间和簇内成员数目，以及普通节点根据距离竞争的入簇方式选择更加合适的蔟加入，这种分簇方法可以动态调节蔟的数目和整个网络结构，减少传输能耗，提高网络的生存周期。

附图说明

图1是网络场景初始化示意图。

图2是分簇示意图。

图3是EH节点分簇过程示意图。

图4是普通节点分簇过程示意图。

具体实施方法：

本发明方案的具体步骤为：

步骤1，如图1所示，网络场景的布置以及网络的初始化处理：

1）在需要监控的区域随机的播撒数量100个传感器节点，由10个EH节点和90个普通节点组成，要求EH节点尽量随机均匀分布；