[发明专利]一种商拓扑能量递阶动态规划的无线传感网路由方法有效

专利信息
申请号: 201310214115.6 申请日: 2013-06-03
公开(公告)号: CN103281746A 公开(公告)日: 2013-09-04
发明(设计)人: 徐健锋;张远健;王振;涂敏;李宇;邱桃荣;刘承启;刘斓;黄学坚;江青艳 申请(专利权)人: 南昌大学
主分类号: H04W40/10 分类号: H04W40/10;H04W84/18
代理公司: 南昌市平凡知识产权代理事务所 36122 代理人: 夏材祥
地址: 330031 江西省*** 国省代码: 江西;36
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摘要: 一种商拓扑能量递阶动态规划的无线传感网路由方法,是将网络生命周期首轮根据传感网节点地理属性划分商集,得出备选划分方案,通过竞争找到最优首层虚分簇并记录簇头。首层各虚簇用同样的方式找到各自最优子簇,以此分层递阶直到各个分簇不能再往下划分为止。最后一层各簇为最终有效分簇,其各簇头节点通过逐级与各自父簇头节点构成传输路径。从第二轮开始首先判断上一轮第一层的各个划分节点间整体能量是否失衡。如失去平衡则调用第一轮同样方法重构造分簇路由。如果平衡则保留划分并选定新簇头,然后进一步判断下一层同父各簇是否平衡,并采取第一层同样方式递归处理直至形成底层分簇、构造新路由。本发明能够构造高效低耗路由、延长网络的生命周期。
搜索关键词: 一种 拓扑 能量 动态 规划 无线 传感 网路 方法
【主权项】:
1.一种商拓扑能量递阶动态规划的无线传感网路由方法,其特征是:(一)根据地域关系属性将无线传感网拓扑Wsn诱导出N种备选划分方案,指定每种备选划分为k个小粒度子簇的步骤是:(a)节点一旦部署就不再改变其地理位置,基站记录有各个节点的剩余能量和地理指标等节点分布信息;(b)通过选定一个地理分布属性,如某个海拔高度,或某个水平经纬度,将Wsn划分为K个等价类节点子簇即Wsn1’、Wsn2’、…Wsnk’;(c)选定不同的地理分布属性重复N次执行步骤b获得N种备选划分方案;(二)对上述N个备选划分进行能量平衡和能量预估消耗的竞争,如获得最优划分即最优下一层子分簇即Wsn1’、Wsn2’、…Wsnk’,则进入下列步骤(三);否则该无线传感网Wsn本身为最终有效簇,则进入下列步骤(四),具体步骤:(a)选择备选划分之一;(b)在K个子分簇中,对每个子分簇都选择若干最优簇头并基于这些簇头通过计算预测最小能量消耗值Consume(Wsn_i')其中i∈{1,2,…k};(c)汇总步骤b获得k个能量预测消耗与父簇需要消耗的预测能量Consume(Wsn)进行比较,如下式(1)所示划分后消耗能量和大于等于划分前消耗则取消该划分,如小于划分前消耗如下式(2)所示则认为该划分有效即为备选划分;Consume(Wsn)Σi=1kConsume(Wsni)···(1)]]>Consume(Wsn)>Σi=1kConsume(Wsni)···(2)]]>(d)重复步骤a到步骤c如没有获得任何一条备选划分则该父簇本身为最终有效簇并进入步骤(四),如果有m个备选划分则进入下一步e;(e)分别计算m个备选划分的各自K个子簇节点剩余能量Energe(Wsn1')其中i∈{1,2,…,k}和平衡程度Balance(Wsn1,Wsn2,···Wsnk)=]]>Log1eMax{Energe(Wsn1),Energe(Wsn2),···Energe(Wsnk)}-Min{Energe(Wsn1),Energe(Wsn2),···Energe(Wsnk)}Min{Energe(Wsn1),Energe(Wsn2),···Energe(Wsnk)}]]>(f)综合考虑各个备选划分的能量平衡程度Balance()和预测的消耗能量减少程度Save(),选择最优分簇。预测的消耗能量减少程度和判断函数如下式3和式4。Save(Wsn1,Wsn2,...Wsnk)=Log1/eConsume(Wsn)-Σi=1kconsume(Wsni)Σi=1kconsume(Wsni)···(3)]]>α Save(Wsn1’,Wsn2’,…Wsnk’)+β Banance(Wsn1’,Wsn2’,…Wsnk’)………(4)注α和β为可调参数(三)对于选定的这K个子簇,分别进入步骤(一)步骤如下:(a)对于选定的这K个子簇Wsn1’、Wsn2’、…Wsnk’,提取其中任何一个Wsni’,i∈{1,2……k}(b)Wsni’作为下一层一个相对独立的子Wsn进入步骤(一);(c)其余K-1个子簇也分别进入步骤a和b进行下一层次划分;(四)确定所有最终有效簇后,有效簇的簇头节点给簇内成员分配TDMA时间表(a)Sink节点广播通知对应节点谁是簇头及各级父簇头和谁是簇内成员;(b)各有效分簇簇头根据簇内成员节点总数为其分配时隙,并广播,之后普通节点即可以在分配的时间向簇头传递信息;(五)簇头收集本簇信息,通过成簇过程中其父亲簇的簇头节点实现到Sink节点的多跳传输;(a)簇头节点收集了齐了本簇普通节点发来的信息后,进行数据融合;(b)簇头节点将数据收到父簇的簇头节点并逐级送回Sink节点;注:父簇不是最终有效分簇,只是分簇过程中产生的过度簇;(六)进入下一轮后先判断上一轮是否存在第一层划分;a)根据上轮历史记录整个Wsn是否存在第一层有效的K个等价类节点子簇{Wsn1’、Wsn2’、…Wsnk’}划分;(七)如没有划分就直接更改簇头,作为最终有效簇;并进入步骤(四);a)如果没有划分则认为Wsn是本轮最终有效分簇,更换新簇头并进入步骤(四);(八)如存在划分就考察这些同父兄弟分簇即虚拟是否整体能量失衡;a)如存在划分就根据公式3考察这k个些同父兄弟分簇即Wsn1’、Wsn2’、…Wsnk’是否整体能量失衡;(九)如果整体能量还保持平衡则,再考察平衡的各个簇各自是否存在下层划分,并进入步骤(七);a)如果整体能量还保持平衡则依次考察平衡的每个簇b)确定Wsni’否存在下层划分,并将Wsni’记作Wsn并进入步骤(七);(十)如果整体能量不再平衡则更换新簇头并进入步骤(一);a)如果整体能量不保持平衡则更换Wsn的簇头;b)将更换了新簇头的Wsn代入步骤(一);(十一)重复步骤(一)到步骤(十)直至所有节点能量耗尽。
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