[发明专利]一种簇头选择方法及装置

说明书

本发明提供一种簇头选择方法及装置，通过计算最优簇头数目K_n、最优簇头数目占无线传感器网络中所有节点的比例P₀，以及当前存活节点的剩余能量的平均值E_ave，根据P₀、E_ave、节点当前的剩余能量、节点的初始化能量、节点曾经当选簇头的次数和当前选举的轮数，分别计算每个节点的簇头选举参数T(i)，根据每个节点的簇头选举参数T(i)和最优簇头数目K_n确定簇头，本发明的簇头选择方法在保证网络连通性的同时，能够最大限度均衡网络能耗、延长网络生存时间。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种簇头选择方法及装置。

背景技术

无线传感器网络通过传感器节点来收集周围环境的数据，然后将收集到的数据通过无线网络转发到汇聚节点。随着无线传感器网络的逐渐成熟和传感器节点的成本的降低，未来使用场景会越来越广泛。在实际应用场景中，传感器节点通常部署在环境恶劣的条件下，利用有限的能量进行数据传输。如何最大限度节约网络节点的能量，延长网络的生存时间，保证能量消耗能够均衡到网络中的每个节点身上，成为重要的研究课题。

目前常用的簇头选择方法主要有：低功耗自适应簇头选择方法和中心化簇头选择方法。低功耗自适应簇头选择方法是将网络覆盖区域进行分簇，每个节点采用随机数的方式竞选簇头，簇头节点负责收集簇内节点的数据以及转发簇内节点的数据。但是该方法在选举簇头时未考虑节点的剩余能量，极易造成剩余能量较低的节点当选簇头，从而造成簇头节点过早死亡，影响网络的连通性。

中心化簇头选择方法是利用基站管理整个簇内的所有节点，基站直接指定剩余能量最高的节点当选为簇头。该方法虽然不会让剩余能量较低的节点当选簇头，但是会造成部分区域簇头过于集中的状态。

当前的簇头选择方法要么是没有考虑节点的当前剩余能量，要么是部分区域簇头分布不均。为了最大限度的均衡网络中的能量，本发明提出了一种能量均衡的簇头选择方案。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种簇头选择方法及装置，用以解决现有簇头选择方案无法兼顾节点的剩余能量和簇头分布均衡的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种簇头选择方法，所述方法应用于无线传感器网络，所述方法包括：

计算最优簇头数目K_n，并计算最优簇头数目占无线传感器网络中所有节点的比例P₀；

计算所述无线传感器网络中当前存活节点的剩余能量的平均值E_ave；

根据所述P₀、E_ave、节点当前的剩余能量、节点的初始化能量、节点曾经当选簇头的次数和当前选举的轮数，分别计算每个节点的簇头选举参数T(i)；

根据所述每个节点的簇头选举参数T(i)和所述最优簇头数目K_n，确定簇头。

优选的，所述计算最优簇头数目K_n，具体包括：

根据无线传感器网络覆盖范围的大小、节点发送方与节点接收方之间的距离小于预设的距离阈值时功率放大所需要的能量、节点发送方与节点接收方之间的距离大于预设的距离阈值时功率放大所需要的能量、当前存活节点与基站之间的平均距离和当前存活节点的平均中心度，计算最优簇头数目K_n。

优选的，根据公式(1)计算最优簇头数目K_n：