[发明专利]一种无线传感器网络中基于能耗均衡的动态分簇方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中基于能耗均衡的动态分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用现有聚类方法确定传感器网络中k个簇头节点的位置；

步骤2，每个簇头节点根据第一竞争函数值，从传感器网络的非簇头节点中选择第一批节点并加入自身簇中；第一竞争函数为：

式中，e_res为节点的剩余能量，d_itoj为两个节点之间的欧式距离，λ₁为节点剩余能量在第一竞争函数中的权重；

步骤3，每个簇头节点根据自身簇的总能量均衡状态值以及第二竞争函数值，从传感器网络的未成簇的节点中选择下一批节点加入自身簇中，直到所有节点均成为簇成员；第二竞争函数为：

式中，λ₂为节点剩余能量在第二竞争函数中的权重；

步骤4，根据第三竞争函数值，将各簇内非簇头节点分为若干级别；第三竞争函数为：

λ＝0.5；

式中，λ₃为节点剩余能量在第三竞争函数中的权重；

步骤5，簇内节点将数据按级别依次递增的路径依次上传至所在簇的簇头节点，更新簇头节点，并返回步骤4；

步骤6，在簇内节点每进行T₀轮数据采集并上传后，判断传感器网络的状态平衡值是否小于预设的状态平衡阈值，若小于则返回步骤1，否则返回步骤4。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中簇头节点数量k的确定方法为：

步骤a1，根据v_total和v_max确定初始的簇头数量为：

式中，表示向上取整，v_total为传感器网络的总数据量，v_max为传感器网络的单个节点的最大数据承载量；

步骤a2，采用现有聚类方法确定传感器网络中当前k个簇头节点的位置，通过计算各簇头节点到汇聚节点的平均距离d，进而按以下公式确定传感器网络的最优簇头数量k_opt为：

式中，ε_fs为簇头在d≤d₀时其发送电路的放大系数，ε_amp为簇头在d＞d₀时其发送电路的放大系数，d₀为簇头到汇聚节点的距离阈值；M为传感器网络覆盖范围的半径，n为传感器网络中的节点数量；

步骤a3，判断k＝k_opt是否成立，若成立则簇头节点选定成功，若不成立，则将k_opt的值赋给k并返回步骤a2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个簇头选择的第一批节点，是传感器网络的非簇头节点中竞争函数值最高的个节点，s为传感器网络所有节点平均到每个簇的节点数，表示向下取整，n为传感器网络中的节点数量，α为第一批节点选择比例参数且α＞1；若某个节点在多个簇头的第一竞争函数值，均属于最高的s/α范围内，则将该节点划分到距离其簇头距离更近的簇。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中下一批节点的选择方法为：

步骤b1，计算并记录每个簇的总能量均衡状态值：

l_i＝E_res.ci/E_max

式中，l_i为第i个簇的总能量均衡状态值，E_res.ci为当前已形成的第i个簇的总能量，E_max为前已形成的簇中总能量最高簇的总能量；

步骤b2，每个簇头节点选择下一批节点：判断簇的总能量状态值是否满足l_i≥U，U为预设的节点吸收阈值；若满足，则该簇头CH_i暂停一轮吸收新节点加入；若不满足，则计算传感器网络中所有未成簇的节点在该簇头CH_i的第二竞争函数值，并从传感器网络的未成簇的节点中选择个节点作为下一批节点加入该簇；

若某个节点在多个簇头的第二竞争函数值，均属于其范围内的节点，则将该节点划分到距离其簇头距离更近的簇；

步骤b3，重复步骤b1、b2，直到传感器网络的所有节点均已成簇。