[发明专利]基于分簇的无线光传感器网络拓扑控制方法

摘要

本发明公开了一种基于分簇的无线光传感器网络拓扑控制方法，主要解决现有技术网络节点能量消耗不均匀和网络拓扑不稳定的问题。其实现方案为：1、对无线光传感器网络进行初始化，节点产生随机数；2、依据无线电能量消耗模型计算无线光传感器网络中各个节点的簇半径和局部平均剩余能量；3、依据现有簇头选举阈值，以节点的剩余能量及节点到基站的距离为重要标准，设置簇头选举阈值；4、将节点产生的随机数与簇头选举阈值作比较，选举簇头和簇成员并进行分簇。本发明延长了节点的生存时间，有效地增强了网络的稳定性，使得节点能量消耗更为平均，可用于静止节点下的光通信网络拓扑控制。

主权项

1.基于分簇的无线光传感器网络拓扑控制方法，包括：(1)对无线光传感器网络初始化：确定无线光传感器网络每个节点的位置信息、节点能量和节点ID，且每个节点产生一个0‑1之间的随机数a；(2)计算无线光传感器网络中局部平均剩余能量和各个节点的簇半径R_i其中，R_i表示节点i被选举成为簇头节点后对应的簇半径；ε表示自由空间光波的能量系数，取值为4pJ/bit/m²；D_i表示节点i到基站的距离；E_{TX_PE}表示对光信号进行编码、调制和滤波后光子元器件所消耗的能量，取值为4pJ/bit；E_RX表示接收单位比特数据所需要消耗的能量，取值为60pJ/bit；表示光束的扫描角度，取值为π/3；ρ表示节点的密度；(3)计算无线光传感器网络中各个节点成为簇头的阈值T(i)new：其中，r为网络已经运行的轮数；p表示网络中期望簇头节点数与总节点数的比值，p″为对p改良后的网络中期望簇头节点数与总节点数的比值；E_Cur(i)表示节点i当前的剩余能量；表示节点i的局部平均能量；d_max和d_min分别表示网络中存活节点距离基站距离的最大值和最小值；d_{To_BS}(i)表示节点i距离基站的距离；(4)选举簇头和簇成员并进行分簇：4a)将无线光传感器网络中节点产生的随机数a与节点成为簇头的阈值T(i)new进行比较：当节点产生的随机数a＜T(i)new时，节点当选为簇头节点，执行4b)；当a≥T(i)new时，节点类型为簇成员节点，执行4c)；4b)当选为簇头节点的节点发送包含簇头节点的ID号和剩余能量的广播信息，宣布自己成为簇头节点；4c)簇成员节点根据自己接受到的广播信息强度的大小，向广播信息强度最大的簇头节点发送请求加入信息，并申请加入该簇头；4d)簇头节点在收到簇成员节点的请求加入信息之后，更新自己的簇成员列表，并分配TDMA时隙让簇成员接入到该簇头进行数据传输。