[发明专利]一种基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法

权利要求书

1.一种基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，包括基站和节点，所述节点包括位于目标区域内的普通节点和簇首节点；

所述普通节点与基站之间的通信采用以下两种方式中数据转发能耗较小的一种：

方式一：节点将数据转发给基站；

方式二：节点将数据转发给簇首节点，簇首节点再将数据转发给基站；

所述两种方式的数据转发对整个网络能耗的确定方法如下；

方式一、节点将k比特数据转发给基站，能耗为：

其中ε₁与t₁的值根据节点到基站的距离d_bs决定；

方式二、节点将k比特数据转发给簇首，能耗为：

其中E_g为融合单位数据的能耗，ε₂与t₂的值根据节点到最近且能量最大的下一跳簇首的距离d_ch决定；

所述目标区域内的簇首节点选举采用LEACH协议中“轮”的概念，每一轮中，目标区域内的节点相互选举出簇首节点，同时衡量簇首节点到基站距离的远近；

所述簇首节点选举的具体方法如下：

Factor_E(i)表示节点i的能量因子，定义如下：

其中，N_i表示节点所属的节点分区，E(i)表示此刻节点的能量，E_average(N_i)表示节点所在分区内的平均能量；

Factor_D(i)为距离因子，衡量节点到基站的距离远近：

其中，D_max和D_min表示该区域内所有节点距离基站最大和最小的距离，D(i)是节点i到基站的距离，该式表示距离的归一化处理，D(i)是节点i到基站的距离，该式为距离的归一化处理；

Factor_R(i)为密度因子，用于衡量该节点与其他节点的距离大小：

Factor_R(i)＝rho(i)/Rho_N_m (5)

其中，表示节点i的密度，节点j是节点i通信范围内的存活节点，d_ij表示节点i和j之间的距离，R表示节点的通信距离，Rho_N_m表示节点所在区域的平均密度；

节点的簇首竞争权值如下：

w(i)＝k₁Factor_E(i)+k₂Factor_D(i)+k₃Factor_R(i)，其中k₁+k₂+k₃＝1； (6)

k值如下设定：

将节点的竞争权值进行降序排序，由大到小选取前5％-20％的节点作为簇首节点。

2.根据权利要求1所述的基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，所述目标区域由部署区域内的节点按照以下方法分区获得：

节点i的密度定义为：

其中dc是截断距离参数，设定为网络中所有节点距离中第2％的距离；

节点i到更高局部密度点的距离如下：

选取前K_m个γ_i＝ρ_iδ_i值大的节点作为筛选聚类中心，K_m为部署区域划分目标区域的个数，然后对节点按照密度从大到小排序，依次加入距离最近的局部密度高的目标分区。

3.根据权利要求2所述的基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，在目标区域中减少噪声点，定义噪声点的判据为该节点的密度为0，即该节点可通信范围内没有其余节点。

4.根据权利要求1所述的基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，所有节点同构。

5.根据权利要求4所述的基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，所述节点随机分布。

6.根据权利要求4所述的基于非均匀节点部署的无线传感器网络通信方法，其特征在于，所述节点的信息包括：能量、种类、位置、是否为簇首。