[发明专利]无线通信中延长网络生命周期的最优簇首数选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网络通信领域，尤其是一种Zigbee无线通信网络中为了延长网络有效生命周期最优簇首数的选择方法，特指低功耗自适应分群分层路由协议。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线测控节点在许多无人区、偏远地区、战场等特殊环境下的应用日趋广泛，但大多数无线传感节点无法由市电供电，必须由电池供电，当前世界的电池容量技术增长缓慢，同时还需要兼顾物理体积和降低成本等因素，节约节点能耗显得非常重要。当节点供电电池能量低于维持正常工作所需要电量时，该节点随之失效。当网络节点失效个数达到一定比例时，整个网络失效。因此降低节点功耗对于提高无线传感网络的有效生命周期具有重要意义。

在采用LEACH协议中，无线传感节点被分成许多簇，每个簇每一轮选择一个节点作为簇首，簇首除了完成自身感知任务外，还需要接受其他节点的感知数据，并把数据融合后发送给基站。簇首节点的数量直接影响无线传感网络的性能。当簇首节点过少，则每个簇覆盖的面积过大，普通节点与簇首节点之间的通信距离过大，相互之间通信的能耗也会相应增加，而且由于每个簇节点过多，簇首需要接收和融合的节点数据过多都不利于优化网路的有效生命周期；相反当簇首节点过多会降低数据融合效率和失去节点分簇的意义。因此当采用LEACH协议时，选取合适的簇首数具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种无线通信中延长网络生命周期的最优簇首数选择方法，根据测量现场实际情况，优化计算所有测量节点的分簇数，减少无线传感网络的总能耗，达到延长无线传感网络有效生命周期的目的。。

本发明所采用的技术方案为：一种无线通信中延长网络生命周期的最优簇首数选择方法，包括以下步骤：

1)确定无线传感网络中的功率损耗，包括节点发送k比特数据功耗、接收k比特数据功耗以及无线通信距离；

2)在监控区域分布多个监控节点；把所有节点分成多个簇，则每个簇有多个节点；确定簇首的能量损耗以及普通节点的能量损耗；

3)确定节点的分布密度，计算普通节点与簇首距离的平方的期望值；

4)利用步骤3)计算出的数值算出普通节点的能耗、每个簇的总能耗以及整个网络多个簇的总能耗；

5)令整个网络多个簇的总能耗对簇数求导，并令其等于零，计算出簇首节点；

6)确认本轮的簇首后，每个簇首向加入自己的非簇首节点发出一个信息，该信息包含发送节点的ID和簇首的ID号。

进一步的说，本发明所述的步骤1)中，节点发送k比特数据功耗等于发射k比特数据发射电路功耗与发射k比特数据时功率放大电路功耗之和；接收k比特数据功耗等于发射k比特数据发射电路功耗。

再进一步的说，本发明所述的步骤2)中，簇首的能量损耗分为接收普通节点上传数据的功耗、把各节点上传数据融合的功耗和把融合数据发送给基站的功耗。

再进一步的说，本发明所述的步骤3)中，普通节点根据距离的远近加入相应的簇，簇的分布是相应以簇首为圆心的一个圆形区域。

再进一步的说，本发明所述的步骤6)中，每个簇首通过CSMA MAC协议广播公告信息，该信息包含簇首节点的ID，通知其它节点本轮自己是一个簇首节点。

本发明的有益效果是：

1、通过优化分析计算固定节点中的最优簇首数q，把无线传感节点分成q个簇，使簇首工作量和数据融合效率接近最佳平衡状态，节约了无线传感网络能耗，达到延长网络有效生命周期的目的；

2、每个簇内节点轮流担任簇首，使簇内节点能耗更趣平衡，避免了个别节点能耗过大提前失效的现象发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明低功耗自适应分群分层协议示意图；

图2是本发明无线传感节点硬件结构图；

图3是本发明节点分簇的初始化流程图。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，无线传感网络采用自适应分群分层路由协议，节点被分成若干簇，由于簇首除了完成普通节点的感知任务外，还需要把簇内其他节点的感知数据融合后发送给基站，能耗远远大于普通节点，为了使各节点能耗趋于平衡，簇首由簇内节点轮流担当。