[发明专利]一种异质传感网中能量高效的组网方法

说明书

本发明公开了一种异质传感网中能量高效的组网方法，属于无线传感网络技术领域。所述方法基于邻居信息以及各节点自身剩余能量E_i进行簇首选举并确定簇的结构规模，采用基于能效的自适应簇规模组网模式，在满足通信距离的同时缩小簇的物理半径，使得节点的单跳通信距离短小且有效，通过提出能量与邻居联合影响下的簇首选举机制，打破概率选举中节点能力不等、却机会均等当选簇首的不合理局面；引入适应值半径的概念，动态控制簇首通信距离，以调节簇的结构与规模；计算簇首间的通信代价，作为通信路径选择的依据，实现随机异构传感器网络中节点能量的利用效率的提高，达到通信能耗的降低的效果。

技术领域

本发明涉及一种异质传感网中能量高效的组网方法，属于无线传感网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)中，由于无线传感器节点作为微小器件，只能配备有限的电源，在有些应用场合下，更换电源是近乎不可能的。这使得传感器节点的寿命在很大程度上依赖于电池的寿命，而各传感器节点的节点能量的利用效率直接影响网络的生命周期。由于节点分布式的选簇入簇以及路由的规范划分在网络节能中更具优势，使得网络的分簇组网与逐级传输的工作模式，更适合以电池为能量供给的WSN中。目前同构组网算法已经相对成熟，但实际应用中，由于各种干扰因素的存在，网络的异构化普遍存在，因此设计面向异构网络的组网方案对均衡网络能耗、提高节点能量的利用率以及延长网络生命周期，具有更重要的现实意义。

分簇组网过程中的能量利用效率，主要受簇首选举和分簇结构两方面影响。尤其对于异构的WSN而言，由于节点之间存在能量差异，以高能量节点作为数据转发的枢纽，显然可以有效避免个别节点由于负荷过大提前死亡，确保网络稳定运行，提高能量利用率。发表于Tsinghua Science and Technology 2019年1月刊的《An Energy-Efficient DataCollection Scheme Using Denoising Autoencoder in Wireless Sensor Networks》中采用了一种分布式节能分簇算法，综合考虑了节点初始能量以及剩余能量对簇首的影响，保证每轮选出的簇首能量最优，降低了簇首节点提前死亡的概率。2017年发表的《基于最小生成树的非均匀分簇路由协议》，在簇首选取时综合考虑节点剩余能量、节点度和节点的能量消耗速度等因素的影响，进一步优化簇首选举，降低了簇首节点提前死亡的概率。簇首选举时需要全网进行数据收发，每轮选举会消耗一定的能量，减少簇首选举次数，也是减少能量消耗的一种有效手段。2000年发表的《Energy-efficient communication protocol forwireless microsensor networks》中提出簇首轮换的概念来减少簇首选举时的能量损耗。2018年发表的《无线传感器网络分簇路由中基于自适应的簇头轮换算法》，在此基础上提出簇首轮换间隔的优化算法，能够进一步自适应的实现簇首轮换。