[发明专利]无线传感器网络拓扑方法

说明书

一种无线传感器网络拓扑方法，包括步骤：A、由基站将网络区域用六边形分割，覆盖整个区域，选取簇内中心一定区域Ω_R为簇头区，簇头区内节点轮流担任簇头，完成本轮通信；B、当区域内Ω_R全部节点担任过簇头后，将整体分簇结构平移，再次确定簇内中心区域Ω'_R，Ω'_R内节点轮流担任簇头，完成本轮通信；C、当节点全部担任簇头且完成通信后，进行第三次平移分簇，形成簇头区Ω”_R，区Ω”_R内的节点轮流担任簇头，收集并转发簇内节点的数据，其中所有Ω_R、Ω'_R和Ω”_R能够将网络区域全部节点完全覆盖；D、返回步骤A。利用本发明的方法，减小了簇头与簇头间的最大传输距离，降低了整个网络节点的平均能耗，提升了网络整体生存时间。

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及到无线传感器的通信方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统。无线传感器网络的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络

无线传感器网络低功耗、低成本、自组织与分布式等特点是其成为信息获取的重要技术。减少能量消耗，延长网络生命周期是无线传感器网络领域的重要改进方向。经过优化的拓扑结构可以高效地利用网络的能量，延长网络生命周期，提高网络的通信效率方便数据融合和解决节点失效问题。因而近年来成为了无线传感器网络领域研究的热点与难点之一。

网络拓扑控制技术，即在保证网络连通性和覆盖度的前提下，通过一定的功率控制或骨干网节点的选择方法，剔除节点间不必要的无线通信链路，生成一个能量高效的数据转发的优化网络拓扑结构。目前网络拓扑控制的研究主要是以最大限度的延长网络的生命周期作为设计目标，网络拓扑控制可以分为两类：节点功率控制和层次型拓扑控制。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，均衡节点的单跳可达邻居数目。层次型拓扑控制则利用了分簇机制。

典型的层次拓扑控制方法LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)协议提出了分簇的思想，将节点划分成簇结构，每个簇结构由簇头节点负责将簇内的数据传送到其他簇头或者直接传送到汇聚节点，在簇内普通节点将感知到的数据传送给簇头节点，从而由簇头节点形成一个接收并汇集转发数据的骨干网。这种方法大大减少了传输次数，从而减少了WSN网络整体能耗，提高了网络整体生存时间。然而该协议没有给出簇区域的分布方式，簇区域分布不合理也将耗费较大的能量。在此基础上国内外学者提出了多种分簇的改进方法，例如对网络覆盖区域采用区域分割分簇方法，如等边三角形、五边形、正六边形等对整个网络区域分割。一些现有技术基于传统GAF网格法提出了XGAF法，将正方形网格用等边三角形、正四边形、正六边形替代。传统的GAF网格法将整个网络划分成许多相等的虚拟的正方形网格，每个网格中只有一个节点处于活动状态负责传递数据包，由于正方形只有四个相邻单元，因此并不是最节能方式。其作者研究发现正六边形的XGAF法网络能耗最小，而正方形的XGAF具有最优覆盖度。

簇头节点承担了收集簇内各个普通节点的信息以及将这些信息融合整理并转发给基站的工作，其能量消耗远大于普通节点，若簇内有N个节点，簇头消耗的能量接近非簇头节点的N倍，所以所有节点都将轮流担任簇头工作，这样能量消耗才能平衡。簇头的选择方法已经不重要。

现有的分簇方法中，分簇结构固定，当簇头选择在区域边缘时，簇头和节点通信将消耗较多能量，尤其当簇头位于距离传输目的较远的簇区域一侧时，消耗了更多能量。

发明内容