[发明专利]一种基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法

说明书

本发明涉及一种基于能量预测的异构无线传感网(HWSNs)的分簇树型拓扑构建方法，包括以下步骤：1)依据整体网络在理想情况下的平均剩余能量和能量差值，分析估计下一轮的网络平均剩余能量值；2)基于通信成本代价选举簇头，同时结合节点能量、链路可靠性和节点间距，引导簇形成的过程；3)簇形成之后在簇内节点中选择适宜节点作为中转节点，将数据传递至簇头。本发明在异构无线传感网处于初始状态下，基于消耗较少能量的前提，获得较优的分簇树型拓扑网络，在节省能耗的同时尽可能地延长了网络的生命周期。

【技术领域】

本发明涉及一种无线传感网的构建方法，具体涉及一种基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法，属于无线传感网技术领域。

【背景技术】

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一个无线自组织网络，它由大量资源受限的传感器节点组成。基于WSNs的特性，可用较低的成本灵活地解决大量监测问题，尤其是一些危险区域的监测问题。节点在网络通信、数据处理等方面需要消耗大量能量，且节点能量不易得到及时补充。因此如何降低能耗，尽可能延长网络生存时间是WSNs急需解决的问题。而拓扑控制是解决此类问题的有效手段之一，其中拓扑构建则是拓扑控制的首要过程，包括分簇拓扑构建和树拓扑构建。

分簇技术早已被证明在传感器网络的节能及扩展性上具备一定的优势，如经典LEACH(Low-energy adaptive clustering hierarchy)协议及其改进协议。但不少已公开的分簇协议面向同构网络模型或者针对二级、三级异构网络模型，且在节能上的性能不尽人意。因此，对于异构无线传感网中节点能耗问题，急需一种更优方法来解决。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种基于能量预测的适用于异构无线传感网的分簇树型拓扑构建方法，其能在复杂的异构网络环境下有效利用节点能量，从而延长网络生命周期的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法，其包括以下步骤：

1)依据整体网络在理想情况下的平均剩余能量和能量差值，分析估计下一轮的网络平均剩余能量值，实际网络的平均能量计算公式为：

其中，e(r)为实际网络平均能量与理想状态下能量之间的差值，e(r)的子样均值μ'服从正态分布，即为理想情况下的网络平均剩余能量值；

2)结合节点自身能量、链路可靠性以及丢包率，以成本代价值选取节点为簇头；成本代价的计算公式为：

其中，ω₁为权重系数，E_res表示节点的剩余能量，p_link为链路可靠性，p_loss表示链路丢包率，p_link,p_loss∈(0,1]，且p_link与p_loss成一定比例反比，即当链路可靠性p_link越高，节点丢包率p_loss越低；该式表示剩余能量越高，链路可靠性越高，且丢包率越低的节点越有可能被当选为簇头；

3)簇头被选择后，簇头节点在其通信范围内广播自身当选的消息，以邀请非簇头节点的加入，则每个簇可看做是以簇头为中心的区域；