[发明专利]一种基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法

说明书

技术领域

本发明属于移动传感器网络领域，涉及到一种基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法。

背景技术

近年来很多研究都提出了在移动传感器中采集数据的方案。在网络中采用移动的传感器节点相对于固定的传感器节点来说有很多优点。移动性能够降低能耗，延长网络的生命，平衡网络的负载。

在基于区域划分的路由协议中，主要有以下几种：GAF(Geographical Adaptive Fidelity)协议、TTDD协议、GRID协议和GROUP协议等。GAF协议是将网络覆盖区域划分为多个四边形网格，网格内节点组成一个簇，定期选举出簇头节点，其它节点处于休眠状态以节约能量。GAF协议提出的是一种节能策略，并没有解决路由转发的问题。TTDD协议是以源节点自身为格状网交叉点构造格状网，路由请求是以洪泛的方式在交叉点间传递。该算法的缺点是信息重叠，能耗较大。GRID协议是将网络覆盖区域划分为正方形网格，每个网格选取一个节点作为网关，负责信息转发和路由维护。当网关能量耗尽或移动出该网格时，自动选出新的网关。该算法缺点是没有采取休眠机制，路由开销较大。GROUP协议中，由节点选出网格基准点，进而建立一定宽度的虚拟网格。每个网格中选出一个节点作为簇头节点。该协议也没有考虑降低能耗的方法。

为满足上述需求，本发明提出了基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法，其特点在于：簇覆盖区域划分和初始簇头选择简便；有助于数据融合和减少能耗；从节点的移动性和能耗水平选取簇头，增强了簇结构和簇头的稳定性；不需要专门的分簇控制分组，降低了控制开销。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法，在大规模移动传感器网络中有效提高网络的扩展性和数据转发的稳定性，延长网络生命期。

本发明解决的是传统的基于链路状态的路由在大规模移动传感器网络中数据传输效率低、网络扩展性差，能耗高，数据转发不稳定的问题。因此提出了在地理位置信息已知的情况下，基于节点剩余能量和移动性的分簇路由方法。

本发明所述的一种基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法，将特定网路信息放入周期性Hello分组中，以节约控制开销。在Hello分组中携带自身节点标识N_ID，所属簇标识C_ID，当前位置信息<x，y>、剩余能量E、节点竞争能力值β。本发明所述的一种基于地理位置信息的移动传感器网络分簇方法，包括以下步骤：

步骤1：将网络区域划分为若干固定大小方形单元格(以下简称为簇)，各节点已知簇的几何中心位置及簇边界，按节点初始位置信息将节点划入相应的簇；

步骤2：在每个簇中初始化一个簇头，各节点比较自身当前位置信息与簇内其它节点的位置信息，如为最接近簇几何中心的节点，则该节点为初始簇头，并向簇内节点发送簇头声明消息；

步骤3：簇头每隔周期T判定自身是否合适继续担当簇头，当判定周期到来时，如果自身位置已经超出簇边界或者剩余能量低于簇内节点的平均剩余能量，则重新选择该簇簇头，由簇头在簇内广播簇头选举请求。

步骤4：簇内节点收到簇头选举请求后，计算各自竞争能力值β，若自身β最大，则成为簇头，并向簇内节点发送簇头声明消息，β的计算方法为：

(公式1)

其中，0＜λ＜1，为权重；E为当前节点的剩余能量；E_max为节点的最大能量；D＝±1，为方向符号；V_i为当前节点速度；V_max为节点最大速度。

公式1中D的计算方法为：

(公式2)

其中x_p为所属簇几何中心横坐标，y_p为所属簇几何中心纵坐标；x₀为当前节点在t₀时刻的横坐标，y₀为当前节点在t₀时刻的纵坐标；x₁为当前节点在t₁时刻的横坐标，y₁为当前节点在t₁时刻的纵坐标；sign()为取符号函数。

公式1中当前节点速度V_i的计算方法为：

(公式3)

步骤5：重复步骤3和步骤4。

本发明的有益效果是：