[发明专利]一种面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法

说明书

本发明涉及一种面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法，其包括：计算虚拟簇成员节点的数量；计算网络分簇的平均簇成员节点的数量；以及实际簇成员节点加入网络分簇。本发明将网络中簇头节点的传输能量消耗转化为虚拟簇成员节点，并通过实际簇成员节点共同构造最佳的二级分簇网络拓扑，避免产生负载不均匀的网络分簇结构，保护部分处于关键位置的传感器节点不会因为能量过早耗尽而“死亡”，从而延长无线传感器网络的生命周期。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络技术，尤其涉及一种面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法。

背景技术

随着5G时代的到来，无线传感器网络作为未来网络的重要组成部分之一，网络寿命的问题一直是无线传感器网络研究的重点。无线传感器网络是一种节点以动态、自动寻找最优路径的方式实现向基站传输采集信息的网络，被广泛应用于工业生产和日常生活。分簇策略是被无线传感器网络广泛应用和深入研究的方法，簇头节点和簇成员节点根据距离和能量等诸多因素分别被选出用以实现网络通信。但是在分簇组网的过程中，容易产生不均匀的网络分簇结构，从而导致部分传感器节点因为能量耗尽而过早“死亡”，影响网络的工作寿命。因此，建立均匀的网络分簇结构能够更好地均衡网络通信负载，延长无线传感器网络的生命周期。

在分簇的无线传感器网络中，传感器节点的位置决定它们各自用于通信传输的能量消耗存在巨大的差异，从而导致不同位置的传感器节点的能量消耗过程产生巨大差别，这是形成不均衡分簇无线传感器网络拓扑结构的关键原因。因此，研究无线传感器网络的分簇方法要重点考虑传感器节点的通信距离和剩余能量，将二者结合起来统一优化将有助于均衡无线传感器网络的节点能量消耗。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法，以延长无线传感器网络的生命周期。

本发明所述的一种面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，根据二级分簇网络拓扑结构，分别计算该二级分簇网络拓扑结构中每个网络分簇的簇头节点对应的虚拟簇成员节点的数量；

步骤S2，根据所述二级分簇网络拓扑结构中所有实际簇成员节点与所有所述虚拟簇成员节点的数量之和，计算该二级分簇网络拓扑结构中每个网络分簇的平均簇成员节点的数量；以及

步骤S3，所述二级分簇网络拓扑结构中每个实际簇成员节点根据与各个簇头节点之间的通信距离，加入各个网络分簇，且每个网络分簇的簇成员节点的数量不超过所述平均簇成员节点的数量。

在上述的面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法中，所述步骤S1包括：

根据公式(1)计算获得每个所述簇头节点对应的虚拟簇成员节点的数量：

n_p＝E_tx(l，d(v_c，p，v₀))/E_rx(l) (1)

其中，n_p表示第p个网络分簇的虚拟簇成员节点的数量，p＝1，2，...，P，P表示二级分簇网络拓扑结构中网络分簇的数量，E_tx(l，d(v_c，p，v₀))表示第p个网络分簇的簇头节点v_c，p的发送能量消耗，l表示被传输的数据报文大小，d(v_c，p，v₀)表示第p个网络分簇的簇头节点v_c，p与基站v₀之间的通信距离，E_rx(l)表示第p个网络分簇的簇头节点v_c，p的接收能量消耗。

在上述的面向无线传感器网络能量转化分簇控制方法中，所述步骤S2包括：

根据公式(2)计算每个所述网络分簇的平均簇成员节点的数量