[发明专利]基于分簇优化的无线传感器网络拓扑控制算法

权利要求书

1.一种基于分簇优化的无线传感器网络拓扑控制算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：构建基于汇聚节点作为中心节点的树型结构无线传感器网络模型；

步骤2：网络拓扑分簇过程。首先，汇聚节点发起簇头(ClusterHead)选取过程，发送建立邻节点消息，在确定其邻节点集合后，汇聚节点依据相应的规则从邻节点集合中选择部分节点作为源簇头(指由Sink节点发起并确定的簇头节点)，并向这些源簇头发送建立簇头消息，同时设置好前后继关系；其次，源簇头并行向网络发送建立邻节点消息，确定各自的邻节点集合后，按照与源簇头相同的选取原则确定新的簇头；新选举的簇头重复上述过程，直至完成整个网络的分簇(Cluster)；

步骤3：簇内拓扑优化过程。簇头利用最小生成树算法按到达最远邻居节点的发射功率向簇内节点发送簇内优化消息，收到消息的节点确定自身邻节点关系，调整各自发射功率为到达最远邻节点的功率。簇内优化后，删除邻节点之间冗余通信链路，减少通信的碰撞与干扰，降低了能耗；

步骤4：网络拓扑维护过程。簇头节点在运行中由于数据处理、转发频繁，能量消耗较快，因此，需设置一个能量门限值M，当簇头能量降到M时该簇头发起簇头重选工作。簇头首先检查自己最近邻居节点和其前驱后继的可达性；当可达性满足时，则选此节点为新簇头节点并改变前驱后继信息。若不满足可达性，则选次近邻居节点，依次类推直到找到合适的节点或邻节点集合选择完毕。最坏的情况是，簇头的邻节点集中没有与前后继簇头可通信的节点，此簇将形成孤立簇，当此种情况达到一定限度后Sink发起全网簇头重建工作。

2.根据权利要求1所述的基于分簇优化的无线传感器网络拓扑控制算法，其特征在于：所述步骤2中每个簇的后继簇数计算公式为

其中，CluNode表示簇数，n为某簇内节点数。

3.根据权利要求1所述的基于分簇优化的无线传感器网络拓扑控制算法，其特征在于：所述步骤3中无线传感器节点收发数据能耗计算公式为：

E_tx(h，d)＝he₁+he₂d²

E_rx(h，d)＝he₁

其中，e₁为无线收发电路能耗；e₂为自由空间模型放大器的能耗；d为数据传送距离；h为要发送或接收数据的比特位数。

4.根据权利要求1所述的基于分簇优化的无线传感器网络拓扑控制算法，其特征在于：所述步骤3中计算从簇头到簇内任一节点能耗最小的通信链路过程中，需利用相邻节点间链路通信的综合权值，该权值计算公式为：

其中，d(i，j)为两节点之间的距离；e_i、e_j分别为传感器节点的剩余能量；a、b为预设指数。权值由d(i，j)、两部分决定，分别反映两节点之间的功耗大小和链路的健壮情况。