[发明专利]应用于无线传感器网络的分簇控制方法

摘要

本发明公开了一种应用于无线传感器网络的分簇控制方法，主要解决现有技术可靠性差及可调性低的问题。该方法首先在无线传感器网络本身结构的基础上利用非平凡特征向量来形成与实际网络相匹配的原始簇；然后借助网络模块度的增量来评估合并这些原始簇，从而形成一个与真实网络更加匹配可靠的簇结构；最后根据无线传感器网络实际应用的特点，结合各节点的剩余能量及其周围能量分布的异配度从每个簇内选取簇头。利用本发明构建的无线传感器网络簇结构不仅具有更高的匹配性，而且具有很好的可调性，可满足在恶劣环境条件下，对无线传感器网络簇结构可靠性的要求。

主权项

1.一种应用于无线传感器网络的分簇控制方法，包括如下步骤：(1)在S×S的平面范围内，随机抛撒n个传感器节点，构建随机无线传感器网络，各节点将各自的ID号、位置、剩余能量信息封装为数据报文向周围的邻居节点进行广播，广播过程结束时，各节点均形成并维护一张邻居列表，邻居列表中存贮节点本身及其邻居节点的剩余能量、ID号和位置信息；(2)在生成的无线传感器网络中，将各节点看成一个独立的簇，基站利用网络的Laplace矩阵求出该无线传感器网络非平凡特征向量的均值向量d^*=(d_i)_n×1，取d^*中各簇对应的元素为该簇的坐标，并构建网络的簇间距矩阵D=[D_ij]_n×n，其中：Dij=|di-dj|i≠j+∞i=j]]>式中，D_ij表示簇i与簇j之间的距离，d_i是簇i在均值向量d^*中对应的元素，d_j是簇j在均值向量d^*中对应的元素，i和j均为簇的标号；(3)在衡量网络划分质量标准的模块度基础上，构建初始的模块度增量矩阵ΔQ=[ΔQ_ij]_n×n，其中：式中，ΔQ_ij表示网络合并簇i和簇j后带来的模块度增量，m为网络中的总边数，中间变量a_i表示网络中与簇i相连的边占网络总边数的比例，即k_ii表示网络中与簇i相连的边数，中间变量a_j表示网络中与簇j相连的边占网络总边数的比例，即k_jj表示网络中与簇j相连的边数；(4)赋值变量N=1；(5)提取簇间距矩阵D中的第N小元素D_ij的下标i和j，i和j分别表示两个不同簇的标号；(6)提取模块度增量矩阵ΔQ中簇i对应的那一行与簇j对应的那一列交叉处的元素ΔQ_ij，如果ΔQ_ij<0，则令N=N+1，并返回到步骤(5)；如果ΔQ_ij>0，则合并簇i和簇j，然后分别更新模块度增量矩阵ΔQ、簇间距矩阵D、中间变量a_i和a_j；(7)判断更新后的模块度增量矩阵ΔQ中各元素是否均非正，如果里面含有正元素，则返回步骤(4)；如果均非正，则得到与实际网络最为匹配的簇，然后在得到的簇里面按簇头选择函数选择簇头节点。