[发明专利]一种应用于UWOC网络的节点自适应分簇与更新方法

说明书

本发明公开了一种应用于UWOC网络的节点自适应分簇与更新方法，针对目前水下动态网络节点部署困难的问题，综合考虑了UWOC网络中节点的距离、剩余能量、深度等多维信息，并结合了分簇过程时序安排的思想以及簇头选取算法，能够很好的适应水下的动态环境，在节点分簇时，考虑到了位置信息、加速度信息、节点深度信息和剩余能量信息，能够比较好地形成符合实际的水下节点网络。

技术领域

本发明属于水下无线光通信技术领域，具体涉及一种应用于UWOC网络的节点自适应分簇与更新方法的设计。

背景技术

目前，大多数传统适用于陆地上的二维静态无线传感器网络组网算法均难以适用于三维动态水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)网络环境，UWOC网络的动态性表现在节点投放的随机性，随水流的漂移等因素导致的节点不固定。在UWOC动态节点部署、分簇与定位中，需要综合考虑水流影响、节点密度、节点成本和功耗等多方面因素。

在UWOC节点分簇方面，低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy AdaptiveClustering Hierarchy，LEACH)是一种常用的动态簇头选择算法。通过随机的方式使网络中节点交替成为簇头(Cluster Head，CH)，能够避免某一CH能量过度消耗，提高网络整体的生命周期。现有的水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network，UWSN)算法大多是在LEACH算法的基础上改进或发展而来的，其仍然是以水声通信为主，从节点间的距离，节点能耗，CH选择等方面进行的研究。不同于水声系统较远的通信距离，UWOC网络对于节点与节点间的距离较为敏感，而且是一个上下行通信不对称的网络。其中，上行是指水下节点到水面节点的通信(传输感知信息，数据量大)，下行是指水面节点到水下节点的通信(传输控制信息，数据量小)。因此，越靠近水面的节点由于数据的聚合使用的频率越高，就越容易消亡，越是水下的节点被选为CH的概率越低，因而剩余的能量一般越多。因此，现有的算法都较难对水下动态网络的节点进行部署。

发明内容

本发明的目的是为了解决水下动态网络节点部署困难的问题，提出了一种应用于UWOC网络的节点自适应分簇与更新方法。

本发明的技术方案为：一种应用于UWOC网络的节点自适应分簇与更新方法，包括以下步骤：

S1、将UWOC网络中的所有节点分为m层，其中m≥2。

S2、对每层节点进行CH选举，将其分为CH节点和NCH节点。

S3、选择UWOC网络中的第一层。

S4、选择当前层的第一个CH节点。

S5、对当前选择的CH节点进行初始化。

S6、对当前选择的CH节点进行更新。

S7、判断当前层是否所有CH节点都已经过初始化和更新时序，若是则进入步骤S8，否则选择当前层时序最靠前的一个未经过初始化和更新时序的CH节点，返回步骤S5。

S8、判断UWOC网络中是否每一层的CH节点都已经过初始化和更新时序，若是则结束节点自适应分簇与更新流程，否则选择UWOC网络中未经过初始化和更新时序的最靠前一层，返回步骤S4。

进一步地，步骤S2中对每层节点进行CH选举的方法具体为：

为每个节点分配一个0～1之间的随机数，若某节点分配到的随机数小于阈值T(i)，则该节点当选为CH节点，否则该节点为NCH节点；

阈值T(i)的设定公式为：