[发明专利]一种无线传感器网络中基于动态簇半径的非均匀分簇方法

说明书

本发明揭示了一种无线传感器网络基于动态簇半径的非均匀分簇方法，该无线传感器网络包括基站和多个传感器节点；其中，基站固定处于网络中心，能通过多跳路由传输方法收集整个网络传感器的数据，包括收集到的数据以及其自身电量信息。传感器节点随机部署在无线传感器网络上，对周围环境进行监测，传感器节点之间通过路由传输数据，这也导致了不同的节点会有不同的能量消耗率。本发明改进了现有技术中存在的缺陷，使簇半径可以随着网络的运行而自动改变大小，即剩余能量多的簇首增加簇半径，主动承担较多的负载，为其他簇首分担任务；剩余能量小的簇首减小簇半径，减少一些负载以节省能量，从而达到更好地均匀网络能量消耗的目的。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络基于动态簇半径的非均匀分簇方法，可用于无线传感技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是由大量节点组成，根据应用需求部署在特定区域，自组织形成采集数据、传输数据和处理数据的智能网络，它改变了人类与物体联系的方式，在智能家居、医疗救治、军事防范、工业生产等方面发挥了巨大的作用。WSN的能量受到限制且不容易补充，因此能量在WSN中有十分重要的地位，而能耗成也为衡量WSN好坏的重要指标。节点的能耗与硬件设备分布、通信质量、网络需要完成的应用任务有关，监测区域中数据的不均衡分布导致了节点能耗的不均衡现象，从而限制了网络的生命周期。

为了降低能耗延长WSN的生命周期，已经有很多学者在路由算法上做研究。最经典的LEACH路由协议利用本地基于集群簇头节点的随机选取来在网络中的传感器之间平均分配能量负载，主要使用本地化的协调功能来实现动态网络的鲁棒性和可拓展性，并将数据融合到路由协议中，以减少必须传输到基站的信息量。后来又有大量学者在LEACH 协议的基础上进行改进。因为LEACH协议的随机选取簇头节点的不稳定性，有学者提出了一种能量高效的非均匀分簇EEUC算法。该算法采用非均匀分簇思想，节点先通过门限值选出候选簇首，再通过候选簇首算出自身的竞争半径，此半径根据节点和基站的远近有关，在同一个竞争区域中候选簇首依靠能量的多少胜出。但是这个算法有以下缺点： (1)簇头的选取只考虑能量因素，没有考虑节点空间位置间的关联，会造成簇头节点的分布不均匀；(2)非均匀分簇的簇半径固定，随着算法的不断运行，若簇半径保持不变，负担较大的簇首将继续承受过多的转发任务，加速了这些簇首的死亡时间。

传统的非均匀分簇路由方法通过一定规则把网络区域分成不同的簇，而簇形成后簇的规模不再发生变化。但在方法的运行过程中，簇首的负载不平衡将使得簇首的能耗出现不均衡的问题。若继续维持簇的规模不变，即不改变簇的半径，则负担较大的簇首将继续承担过多的转发任务，加速了这些簇首的死亡，因此制约了网络的工作时间。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种无线传感器网络基于动态簇半径的非均匀分簇方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种无线传感器网络基于动态簇半径的非均匀分簇方法，包括以下步骤：

S1：基站向感应区内的节点广播一条消息，询问节点的信息；

S2：节点收到消息后，向基站报告自身的节点ID、位置信息和剩余能量；

S3：基站接收并保存节点的位置信息，将整个网络分成m个等宽的环形区域，离基站最近的区域记为直接传输区域，其它区域记为间接传输区域，基站根据下式计算每个区域的上下边界以及平均剩余能量然后根据各个节点的位置确定其所在的区域：

上边界

下边界

其中，d_min和d_max分别是节点离基站的最小和最大距离，i为区域的编号，m为区域的总编号，然后基站第二次向节点广播消息，包括基站的位置坐标d_min、d_max、竞争半径调整值ΔR、区域总数m、节点总数N、各个区域的上下边界以及