[发明专利]城市综合管廊中延长无线传感器网络生存周期的方法

说明书

本发明公开了一种城市综合管廊中延长无线传感器网络生存周期的方法，包括步骤一、网络拓扑的确定，步骤二、网络拓扑确定后的初始化，步骤三、簇头节点的选取，步骤四、簇的形成，步骤五、数据传输，其特征在于，所述步骤一包括：将城市综合管廊的WSN部署环境简化为一个长矩形区域A，在所述长矩形区域A的中间通路铺设传感器节点能量损耗大的管道，从中间通路向两侧铺设传感器节点能量损耗渐小的管道。本发明的城市综合管廊中延长无线传感器网络生存周期的方法，能够有效延长网络的生存周期，网络寿命提高50％以上。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络数据的传输方法，尤其是一种城市综合管廊中延长无线传感器网络生存周期的方法。

背景技术

城市综合管廊亦称共同沟，是指在城市地下用于集中铺设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力和燃气等市政管道的公共隧道，是一种现代化、科学化和集约化的城市基础设施[11]。因城市综合管廊内所述的电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等管道需要稳定运行，这就需要对这些管道进行实时监控，以保证能够随时发现问题，以便及时派出人员准确到达故障地点进行故障排除。而城市综合管廊内环境较差、人员不易长期值守。这就对如何能够实现自动实时采集需监控的各管道的运行信息，及时发送给观察者提出了要求。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，简称WSN)是一种新兴的网络模型，它由大量具有通信和计算能力的传感器节点布设在无人值守的监控区域构成。在数据传输上，WSN传统的LEACH协议信息传输模式单一，因此，广大研究者对于这些问题，做了广泛的研究。甘少波提出只对LEACH协议的节点进行一次分簇，之后的周期，都在分好的簇内选择新的簇头的算法[1]。倪文亚提出将传感器节点的能量因素和位置因素作为选择簇头标准之一，并通过粒子群算法(PSO)，根据不同网络规模选取最佳的能量和距离的比重，优化簇头选举的算法[2]。刘昌东提出了一个仿真区域中心点的概念，主要作用是让簇头节点分布更加均匀，使簇内通信消耗能量消耗不至于太高，簇头到Sink节点的能量消耗也不至于太大。为了实现这个分布，设置了距离因子和能量因子，这两个因子之间有联系，共同决定对节点的分簇[3]。李亚男提出将节点的剩余能量和距离汇聚节点的远近作为成簇的依据，使簇头的分布更加合理的算法[4]。李婧提出对簇头节点所占比例进行优化选择的算法[5]。邓柯提出在成簇阶段完成后，簇头节点根据节点的能量剩余情况，向能量剩余最多的节点发送消息，通知其担任簇头的算法[6]。邹茜提出在进行簇头选举之前，根据网络的节点数目、节点到汇聚节点的距离和网络覆盖区域大小等参数共同决定节点成为候选簇头概率的算法[7]。张现利提出将K-Means聚类算法引进LEACH路由协议中[8]。彭蕾为了降低传感器节点能耗，提出一种适用于大规模网络的基于LEACH协议的混合无线传感网络节能路由算法[9]。严静静采用WCRCM聚类算法将WSN中节点的地理位置进行聚类，从而在无线网络的监控区域形成多个虚拟子区域，达到优化簇头节点分布的目的[10]。

授权公告号为CN103916942B的发明专利《一种降低功耗的LEACH协议改进方法》。该发明包括如下步骤：

步骤一，确定网络拓扑：将n个普通传感器节点随机均匀分布在监控区域内，各节点的感知半径相同，覆盖区域是以节点为圆心，R为半径的圆；基站配置于监测区域之外，可以和区域内任意一个传感器节点直接通信，网络拓扑确定完毕；

步骤二，网络拓扑确定后进行初始化，监测网络中所有节点的初始能量均为E，基站计算基站到每个普通节点的距离，找到距离最大值和最小值；基站泛洪广播全网信息包，包括最大距离、最小距离以及基站的位置信息，各个节点收到消息后连同自身的位置信息存储起来；

步骤三，簇头节点的选取：从节点能量、节点到基站的距离、节点密度三个因子方面综合选簇头，协议根据三个因子区分出三类特殊节点，通过提高特殊节点的当选概率，均衡簇头的负担；