[发明专利]簇状网络结构中的簇合并方法及其模块与微控制器

说明书

本发明涉及一种用于簇状网络结构中的簇合并方法，该簇合并方法包括以下步骤：在一个簇通信周期开始时，设定簇内最大的成员数量并确定簇内实际的成员数量；该簇的簇头向一跳范围内的邻居节点广播hello包，并通过一个簇通信周期内该邻居节点的回复包数量确定出该邻居节点的数量。本发明还涉及一种执行该簇合并方法的数据采集处理模块以及一种设置有该数据采集处理模块的微控制器。

技术领域

本发明涉及一种用于簇状网络结构中的簇合并方法，该簇合并方法包括以下步骤：在一个簇通信周期开始时，设定簇内最大的成员数量并确定簇内实际的成员数量；该簇的簇头向一跳范围内的邻居节点广播hello包，并通过一个簇通信周期内该邻居节点的回复包数量确定出该邻居节点的数量。本发明还涉及一种执行该簇合并方法的数据采集处理模块以及一种设置有该数据采集处理模块的微控制器。

背景技术

无线传感器网络的应用越来越广泛，特别是在工业领域，已有大量的网络应用到监测和控制中。随着无线传感器网络的发展，网络的拓扑结构也从简单的星型网络到复杂的MESH网络逐渐呈现多样化，其中簇状树形网络拓扑在众多实际应用中由于其简单实用而被大量使用。簇状树形网络提供了一种降低网络能耗，便宜网络规模扩展的方法。

CN 107690167公开了一种可扩展的无线传感器网络分簇方法，本发明的目的是减少网络重建所带来的能耗问题，提供一种可扩展的无线传感器网络分簇方法。首先，在候选簇首的选举过程中，考虑到网络中节点的剩余能量；其次，在簇首的选举过程中，考虑到候选节点的剩余能量、候选簇首的邻居节点数、各节点到候选簇首的价值度等因素，有利于延长网络的生命周期。另外，当簇内的平均能量大于某个阈值时，不需要再全网范围内进行重新分簇，只需要在簇内选举出新的簇首即可。最后，当有新的节点加入网络时，引入入网许可值，通过对节点的位置分布、簇头节点的能量、以及相应簇的负载值的考虑，选择节点所要加入的簇。

然而，在上述簇状结构中，簇头在维护和管理簇成员的同时会产生一定的开销，所以当网络中节点密度过小时，如果网络中节点间通信仍通过簇头来进行通信，其网络开销会高于节点间直接通信所花费的开销。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于簇状网络结构中的簇合并方法。通过这一簇合并方法，能够将相距较近，簇大小较小的簇进行合并，从而能够有效地避免网络资源的浪费。

根据本发明，该簇合并方法包括以下步骤：

a)在一个簇通信周期开始时，设定簇内最大的成员数量并确定簇内实际的成员数量；

b)该簇的簇头向一跳范围内的邻居节点广播hello包，并通过一个簇通信周期内该邻居节点的回复包数量确定出该邻居节点的数量；

c)计算该簇头的节点密度参数D(i)和簇大小参数M(i)，其中D(i)＝N_nb(i)/N_max(i)，M(i)＝N_mb(i)/N_max(i)；

d)当该簇头检测到该节点密度参数D(i)1且该簇大小参数M(i)0.5时，簇合并机制启动；

e)簇合并机制启动之后，该簇头广播一个簇合并请求包给该邻居节点，一旦该邻居节点中的另一个簇头回复了该请求包，这两个簇将合并成一个新簇，同时选择这两个簇头中拥有更小簇头能力参数值A(i)的一个作为新簇头，其中P_t是发送功率，P_r(i,j)是该簇头接收到来自该另一个簇头的回复时的接收功率。