[发明专利]提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法

说明书

本发明公开了属于无线传感器网络技术领域的一种提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法，采用生成随机数的方式根据阈值T(n)选举簇首节点；簇首节点采用MAC协议向网络内其他节点发送广播消息，普通节点就近加入，形成簇；统计簇首节点所在位置，添加簇首层ID，以最远距离的节点作为初始节点，增加“同质边”；计算每条“同质边”的能量损耗，在不超过能量阈值的情况下加强簇首节点层的网络连通度，提高整体网络鲁棒性，实现簇首节点层的能量局部均衡。本发明可以提高簇首节点存活时间，增强网络鲁棒性，延长网络生命周期，对于无线传感器网络未来发展有重要意义和经济价值。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，特别涉及一种提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法，可实现簇首节点层能量的局部均衡，达到增强网络鲁棒性的目的。

背景技术

无线传感器网络是结合了多种技术的产物，其中包含计算机、无线通信、传感器等众多领域，同时可以进行数据获取、数据融合以及信息传输等一系列特定的检测和采集信息的任务。无线传感器网络一般由大量的无线传感器节点构成，这些节点具有低功耗、体积微小、能量有限的特点，且具有感知、计算和通信能力。无线传感器网络是典型的任务型网络，受限与电源容量有限与通信能力的不足，传感器节点极易因能源耗尽或外部复杂环境而失效或死亡，因此网络中良好的拓扑控制算法尤为重要。

拓扑结构是无线传感器网络中所有节点及链路所形成的网络结构，拓扑控制是指通过对部分可控因素的调整或者采取其它策略控制节点的广播域和链路的建立，实现网络拓扑结构和选取数据传输路径方式的优化，从而使拓扑结构满足网络的连通性、低功耗和吞吐量的要求，延长网络正常运行的生命周期。

LEACH拓扑控制算法作为一种经典的低功率自适应层次拓扑控制算法，因其贴合实际测量环境且具有良好的可操作性被广泛使用，该算法核心是通过普通传感器节点合理选择加入选举的簇首节点，实现均匀分簇。这种拓扑控制算法优势在于可以大幅减少普通节点的任务量降低能耗，但簇首节点选取随机性过高，局限性较强，网络拓扑结构稳定性差，鲁棒性低，簇首节点生命周期短，死亡率极高。因此平衡簇首节点的能量损耗，合理轮换簇首节点以及簇结构自适应调整变得十分必要。在选取簇首节点时考虑节点具有的能量、位置等其他参数因素，补充备用簇首的选择，同时增加当前簇首节点间“同质边”，强化簇首层节点同质性，提高网络结构熵，优化部分簇首节点的中继能力，延长簇首节点生命周期并及时轮换替代，进而实现簇首层的能量局部均衡，增强网络整体的抗毁能力，更好的应对复杂环境。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤S101：采用生成随机数的方式，根据阈值T(n)从网络节点中选取合适的簇首节点；

步骤S102：簇首节点采用CSMA(Carrier Sense Multiple Access)机制的MAC(MediaAccess Control)协议以相同的能量向网络内其他节点发送广播消息，普通节点就近加入，形成簇；

步骤S103：统计所有簇首节点所在位置，添加簇首层ID，簇内其他节点根据簇首节点的TDMA(Time divisionmultiple access)调度机制，获取特定发送数据的时隙；

步骤S104：比较所有簇首层节点与上层汇聚节点的距离，最远距离的节点作为初始节点，寻找其邻居节点，增加“同质边”；

步骤S105：计算每次增加“同质边”的链路能量损耗，保证在既定能耗范围内加强簇首节点层的网络连通度，形成簇首层近似二度连通图，增加网络结构熵，提高整体网络鲁棒性，实现簇首节点层的能量局部均衡。

所述步骤S101中簇首节点选取阶段中的阈值公式为：