[发明专利]基于正六边形网格划分的改进非均匀分簇算法

权利要求书

1.基于正六边形网格划分的改进非均匀分簇算法，其特征在于，本算法按照以下步骤进行：

1)簇建立阶段：以虚拟正六边形网格划分，在每个网格选举能量最大的节点作为备选簇头节点，同时考虑每个网格内存活相邻节点数，确保网格具有存活的节点最终选出能量最大且相邻节点数最多的节点成为最后的簇头节点，具体算法如下：

首先，确定网格最优簇头节点个数，最优簇头数表示如式(5)

式(5)中，n为网络节点个数，A为监测区域边长，ε_fs、ε_amp分别为传感器节点中放大电路在自由空间和多径衰落模式下的能耗系数，L_BS为sink点与监测区域中心点距离；

然后，根据最优簇头数K_opt、备选簇头节点剩余能量以及网格内节点密度，以P概率在备选簇头中选出部分节点作为最终簇首，首先每个备选簇头随机生成一个大小在0到1之间的数值，若该数值小于阈值则当选簇头，具体阈值公式如下：

D表示在最后1/p轮中没有当选过簇头节点的集合，E_r(i)表示第r轮备选簇头节点当前的能量，表示第r轮备选簇头所在网格f的节点的平均能量，w(f)表示网格f的节点数量，α为权重系数，取值为0～1；

2)成簇阶段：根据备选簇头节点与基站的距离和备选节点当前网格内节点密度、节点剩余能量计算簇头节点竞争半径来构造大小不等的簇；簇头的竞争半径计算公式如下：

式(7)中：d_max和d_min分别表示网络中簇头节点到基站的最大和最小距离，R₀为所有节点在网络初始化时的半径，E₀、E_r(i)分别表示节点的初始能量和第r轮簇头节点i的当前能量，d(i,sink)表示节点i到sink节点的距离，c被定义为半径控制因子，其取值范围为c∈(0,1)；

3)数据传输阶段：簇间采用多跳的数据传输模式，进而平衡簇内及簇间能耗，有效的延长网络的生存周期。

2.根据权利要求1所述的基于正六边形网格划分的改进非均匀分簇算法，其特征在于：所述正六边形网格划分的具体方法如下：

1)在保证节点圆形覆盖的情况下，将两两圆重叠的区域进行简化，利用直线段代替圆的重叠区域，得到圆的内接正六边形；

2)确定区域的划分：以某一个正方形的中心点作为坐标原点，任意两个相邻的网格内节点最大监测距离大小与节点监测半径d和正六边形边长r关系如式(1)所示，建立直角坐标系，确定第一个网格位置，以此为原点将监测区域划分为若干个正六边形虚拟网格；

3)确定网格编号：作长为2m宽为2n的矩形，其中，正六边形边长设为L，m和n分别为单位坐标长度，各个网格的中心点(x₀,y₀)所属的网格编号为

确定每个节点(x_i,y_i)所属网格编号C_ID(i)。

3.根据权利要求2所述的基于正六边形网格划分的改进非均匀分簇算法，其特征在于：所述节点所属网格编号的确定方法如下：

1)设节点坐标为(x_i,y_i)，六边形的边长为：l，横坐标水平两个六边形的中心的距离为2n，

则纵坐标垂直两个六边形的中心距离为2m，则

求出：

(1)横坐标除n取整：k(i)＝X(i)/n (a)

(2)纵坐标除m取整：z(i)＝Y(i)/m (b)

(3)横坐标除了整的n的剩余：a(i)＝X(i)-k(i)×n (c)

(4)纵坐标除了整的m的剩余：b(i)＝Y(i)-z(i)×m (d)

求余数的作用：运用a(i)²+b(i)²≤(m-a(i))²+(n-b(i))² (e)

判断节点在此六边形中还是在右斜对角六边形中；

2)判断

(1)当k(i)与z(i)均为偶数，且(e)式成立时，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×k(i)+z(i)+1 (f)

(2)当k(i)与z(i)均为奇数，且(e)式成立时，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×(k(i)-1)+z(i)+1 (g)

(3)当k(i)与z(i)均为偶数，且(e)式不成立时，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×k(i)+z(i)+2 (h)

(4)当k(i)与z(i)均为奇数，且式(e)不成立时，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×(k(i)+1)+z(i)+2 (i)

(5)当(a)式为偶数，(b)式为奇数，(e)式成立，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×k(i)+z(i)+2 (g)

(6)当(a)式为偶数，(b)式为奇数，(e)式不成立，节点所在的网络编号为：C_ID(i)＝4×k(i)+z(i)+1 (k)

(7)当(a)式为奇数，(b)式为偶数，(e)式成立，节点所在的网格编号为：C_ID(i)＝4×(k(i)-1)+z(i)+2 (l)

(8)当(a)式为奇数，(b)式为偶数，(e)式不成立，节点所在的网络编号为：C_ID(i)＝4×(k(i)+1)+z(i)+1 (m)。