[发明专利]基于区域划分的传感网节能离取改进方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于区域划分的传感网节能离取（LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)，中译名为“离取”）改进方法，主要用于解决无线传感器网络能量利用率低、离取算法簇头分布不均匀和延长网络生存周期的问题，属于无线传感器网络研究领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量价格低廉的具有数据采集感知能力和计算能力的传感器节点通过自组织所形成网络通信系统，在网络的覆盖区域内可以完成对复杂事件的监测任务。随着无线通信及微电子技术的快速发展，无线传感器网络在工业、农业、军事等传统领域和以智能家居、医疗保健、城市交通为代表的新兴领域展现出广泛的应用前景。对于无线传感器网络而言，拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一，它可以自动生成良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC(Multiple Access Control，MAC)协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量，从而延长网络的生命周期。拓扑控制可分为节点功率控制和层次型拓扑组织两个方面。功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发射功率，均衡节点单跳可达的邻居数目。层次型拓扑组织利用分簇机制，让一些节点作为簇首节点,由簇首节点形成一个处理并转发数据的骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块,进入休眠状态以节省能量。离取算法作为最具代表性的层次型拓扑组织分簇算法，其后出现的大部分层次型拓扑组织算法都是在其基础上发展而来的，所以对其进行研究和改进具有特别重要的意义。离取算法是一种低功耗自适应分簇算法，其基本思想是通过等概率地随机循环选择簇头，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点，从而达到降低网络整体能耗、延长网络生存周期的目的。该算法将整个网络划分成若干个簇，每个簇由1个簇头节点和若干成员节点(簇内节点)组成，如图1所示。离取算法节约能量的主要原因在于它运用了数据压缩技术和动态分簇路由技术，通过本地的联合工作来提高网络的可扩展性和鲁棒性，通过数据融合来减少发送的数据量,通过把节点随机的设置成簇头节点来达到在网络内部负载均衡的目的，防止簇头节点能量的过快消耗，延长网络的生存周期。

离取算法的执行过程是周期性的，每轮循环分为簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段。在簇的建立阶段，相邻节点动态地形成簇，随机产生簇头，成为簇头的节点向周围节点发送广播消息，其他节点根据接收到的广播消息的强度来选择它所要加入的簇，并告知相应的簇头。在稳定的数据传输阶段，簇内节点把数据发送给簇头，簇头进行数据融合并把结果发送给汇聚节点。簇头工作任务比较繁重，需要完成数据融合，还要与汇聚节点通信，所以能量消耗较大。离取算法选举出的簇头分布不均匀，且簇头节点和簇内节点相比能量消耗较大，降低了网络的生命周期。

发明目的

技术问题:本发明的目的是提出一种基于区域划分的节能离取改进算法，来降低网络整体的能量消耗，实现网络内节点的负载均衡，延长网络的生存周期。同时，改进的离取算法可以使簇头节点均匀地分布在整个网络中，保证了网络的覆盖范围和生存时间。

技术方案:本发明提出的是一种策略方法，分簇算法的选择和应用直接影响整个网络的能量消耗和网络生存周期。主要用于解决离取算法能量利用率低、簇头分布不均匀和延长网络生存周期的问题。改进的离取算法将整个区域划分成多个区域，采用静态的分簇方式，利用多跳向基站BS(Base Station，BS)发送数据，以节省簇头节点能量的消耗提高节点能量有效性。具体包含步骤如下：