[发明专利]基于相对剩余能量和SEP协议的簇头选举算法

说明书

本发明公开了基于相对剩余能量和SEP协议的簇头选举算法，包括以下步骤：先计算第r轮运行后本簇剩余总能量；再计算簇头选举第r轮运行后本簇节点的平均剩余能量；然后计算本簇成员节点在第r+1轮开始时的相对剩余能量；再将已引入相对剩余能量的最优选举概率因子带入SEP选举阈值公式，得到普通节点选举阈值与高级节点选举阈值；若本簇成员节点为普通节点，使成员节点随机生成[0,1]之间的数，若随机数小于普通节点选举阈值，则选择该节点为簇头节点，否则为非簇头节点；若本簇成员节点为高级节点，使成员节点随机生成[0,1]之间的数，若随机数小于高级节点选举阈值，则选择该节点为簇头节点，否为非簇头节点。本发明有能延长网络生命周期的优点。

技术领域

本发明涉及无线网络通信中无线传感网络拓扑协议技术领域，具体涉及一种的簇头选举算法。

背景技术

无线传感器网络是一种无线自组织网络，由大量散布在监测区域的无线传感器节点组成，每一个传感节点都是现代网络技术、短距离无线通信技术和现代传感器技术相结合所形成的一个微型嵌入式系统。其主要功能是协作采集、处理和传输网络区域内被监测对象的信息。近年来，无线传感器网络发展迅速，广泛地应用在社会各个方面，其实用价值也得到越来越多的认可。其在军事、环境、智能家居方面都有广泛的应用。因无线传感器网络应用环境的多样性，为了将其应用到具体环境中，其技术在很多方面还有待完善。

提高无线传感器网络的能量效率，延长其生命周期，除了在硬件上研制能耗更低的通信芯片和微处理单元外，网络运行的网络协议本身更是值得研究的课题。拓扑控制(Topology-control)作为无线传感器网络的重要支撑技术之一，它能有效辅助改善网络的能量利用效率，延长网络的生存时间。良好的网络拓扑结构可以极大的改善网络数据收集和数据路由的执行效率。对能量有限的无线传感器网络而言，良好的拓扑控制算法可使网络节省大量能量，有效延长网络对监测区域的覆盖时间，提高无线传感器网络的实际使用价值，这也是专利主要目的。

根据各节点性能的不同，可以划分为异构网络和同构网络，异构网络由多种不同性能的节点组成，同构网络则由相同性能的节点组成。稳定选举协议(SEP)是基于无线传感器网络二级能量异构的异构网络经典路由协议，对LEACH分簇算法进行了改进。SEP协议中不同初始能量节点的簇首选举算法不尽相同，SEP协议并未考虑节点的剩余能量，若剩余能量低的节点被选举为簇头，就会加快节点的死亡，导致网络生命周期短、网络稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使具有较高相对剩余能量的节点比低能量的节点具有更大的概率来担当簇头，能延长网络生命周期与提高网络稳定性的基于相对剩余能量和SEP协议的簇头选举算法。

为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：所述的基于相对剩余能量和SEP协议的簇头选举算法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)：根据簇头选举第r轮运行前本簇总能量和第r轮通信所需要消耗的能量，计算出第r轮运行后本簇剩余总能量；

步骤(2)：根据第r轮运行后本簇剩余总能量及本簇节点总数，计算出簇头选举第r轮运行后本簇节点的平均剩余能量；

步骤(3)：创建TDMA时刻表，将TDMA时刻表和第r轮运行后本簇节点的平均剩余能量发送给成员节点；

步骤(4)：根据簇头选举第r轮运行后本簇节点的平均剩余能量，以及第r+1轮开始时本簇成员节点自身的当前剩余能量，计算本簇成员节点在第r+1轮开始时的相对剩余能量；

步骤(5)：将本簇成员节点在第r+1轮开始时的相对剩余能量引入SEP协议中的最优选举概率因子，并将已引入相对剩余能量的最优选举概率因子带入SEP选举阈值公式中，得到相应的普通节点选举阈值与高级节点选举阈值；