[发明专利]一种基于时延受限的低频段低功耗无线局域网的分簇方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于时延受限的低频段低功耗无线局域网的分簇方法，通过逐步增加簇的个数，计算每一次的时延，并与实际情况下的时延要求相比较，确定簇的多少以及每个簇头的位置和大小，从而确定分簇模型。

背景技术

近年来，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点在信息感知领域广泛使用。无线传感器网络是由大量静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成无线网络，感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并把这些信息发给系统中心。

对于存在大量节点的网络，当向系统中心汇报数据时会发生大量的拥塞和冲突，影响通信的效率，所以现有的技术中大多采用分簇的方法来管理大量的节点。对网络分簇后，可以将网络分割成用户数较少的簇，既可以减少冲突减小簇头节点的发射功率，同时也可以使簇与簇之间通过并行传输和频率复用来提高平均传输速率和频谱利用率。目前现有的技术中已经有很多种分簇方法，但是针对分簇后传感器节点通信的时延来确定簇的数量的方法却很少，时延是无线通信里的重要性能指标，是对通信质量和实时性的要求，所以构建网络模型时一定要考虑满足系统的时延要求。

例如“基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法”，主要是使整个网络能耗最小对传感器网络进行分簇，确定簇头个数及簇头之间的距离，这种方法考虑了整个网络的能耗问题，但没有考虑网络的时延问题，而本发明在考虑了在非饱和业务场景下，通过时延要求确定簇的数量以及大小，可以提升传输效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于时延受限的低频段低功耗无线局域网的分簇方法，基于时延要求逐步扩大簇的数量，直至找到符合时延要求的簇的数量，从而确定簇的大小和位置，此方法既保证了每个小区边缘信噪比与宏小区相同，也保证了获得相同链路速率用户所占的百分比相同。

需要说明的是，实现本发明目的的技术思路是：首先确定宏小区的半径，宏小区内的总用户数，每个用户的业务到达率以及分组时延要求；其次将宏小区以无线接入点为中心分簇，簇由中心向外展开排列，簇头个数和每个簇内的用户数由层数确定，计算用户分组时延，并与时延要求比较，符合要求时停止；最后计算每个簇的大小及每个簇头的位置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于时延受限的低频段低功耗无线局域网的分簇方法，包括宏小区，在所述宏小区中的具有无线局域网与至少一个用户，所述无线局域网设有无线接入点，所述方法包括如下步骤：

（1）确定所述宏小区半径，所述用户的总数量，每个用户的业务到达率以及分组时延要求，其中，所述宏小区的半径为D，所述用户总数为N，每个用户的业务到达率为λ以及分组时延要求为ε；

（2）计算所述宏小区不分簇时的用户分组时延ε₀，并与分组时延要求ε比较：

（2a）若ε₀<ε，那么无需分簇；

（2b）若ε₀>ε，那么定义L=1，转至步骤（3）；

（3）计算将所述宏小区以无线接入点为中心向外展开分成L层簇时的用户分组时延ε_L：

（3a）若ε_L>ε，那么L=L+1，转至步骤（3）；

（3b）若ε_L<ε，转至步骤（4）；

（4）计算每个簇的半径d以及每个簇头的坐标（x_j，k，m，y_j，k，m）。

需要说明的是，所述宏小区以所述无线接入点为中心向外展开分成L层簇具体为，如果L=1，则簇的总数量为7个；如果L=2，即再增加一层，相比L=1层，簇的总数量增加12个；依次类推，分成L层簇与分成L-1层簇相比，簇的总数量增加L*6个，当分成L层簇时，簇的数目N_L=[3*L*(L+1)+1]个；簇的数目越多，每个簇的面积越小。

需要说明的是，计算所述时延ε₀可根据下式计算：