[发明专利]一种基于能耗的LEACH轮换时间动态调整方案

摘要

本发明涉及一种基于LEACH协议的轮换时间动态调整方案，属于无线传感器网络技术领域。该方案包括如下内容：簇形成后，簇头节点收集簇内所有成员节点的位置和剩余能量信息，并将信息融合后向基站回报；基站根据各簇的信息，评选出最大簇，并根据最大簇的剩余能量调整该轮的持续时间以及其它簇的数据传输时间。LEACH协议中应用本发明提出的基于能耗的LEACH协议的轮换时间动态调整方案，可以有效优化选簇周期、平衡节点间能量消耗、延长网络生存周期。

主权项

一种基于LEACH协议的轮换时间动态调整方案，其特征在于，包括以下内容：(一)网内各节点具备感知自己位置和剩余能量的能力；(二)簇形成后，簇头节点收集簇内所有成员节点的位置和剩余能量信息；(三)簇头节点向基站报告簇内所有成员节点的剩余能量或剩余总能量和节点数信息；(四)基站根据收集到的所有簇信息，按照节点数和剩余总能量由大到小对簇排序，并将排在首位的簇选为最大簇，记最大簇的簇号为j；(五)基站根据最大簇的剩余总能量使用下式动态调整最大簇的本轮持续时间：t_{j_round}＝t_round(E_{j_current}/E_{j_init})其中，t_round为基准轮时间，t_{j_round}为簇j在本轮的持续时间，E_{j_current}为簇j的剩余总能量，E_{j_init}为簇j的初始总能量；使用下式动态调整其它簇在本轮的数据传输时间：$t_{i\_\mathrm{round}}=\frac{E_{\mathrm{elec}}\·n_j+E_{\mathrm{DA}}\·n_j+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{amp}}{d}_{j\_\mathrm{toBS}}^4+\underset{k=1}{\overset{n_j-1}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{elec}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{fs}}{d}_{k\_\mathrm{toCH}}^2)}{E_{\mathrm{elec}}\·n_i+E_{\mathrm{DA}}\·n_i+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{amp}}{d}_{i\_\mathrm{toBS}}^4+\underset{k=1}{\overset{n_i-1}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{elec}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{fs}}{d}_{k\_\mathrm{toCH}}^2)}\·\left(\frac{E_{i\_\mathrm{current}}}{E_{i\_\mathrm{init}}}\right)\·{\left(\frac{n_i}{n_j}\right)}^2\·t_{j\_\mathrm{round}}$其中，t_{i_round}为簇i在本轮的数据传输时间，t_{j_round}为簇j在本轮的持续时间，E_{i_current}为簇i的剩余总能量，E_{i_init}为簇i的初始总能量，n_i为簇i包含的节点数，n_j为簇j包含的节点数，E_elec表示传播一比特数据所消耗的能量，E_DA表示聚合一比特数据所需能量，d_{i_toBS}代表簇i的簇头节点到基站的距离，d_{k_toCH}代表簇内成员节点k到簇头结点的距离，ε_amp表示当d≥d₀时射频放大器传输1bit单位平方米的平方所耗的能量，d₀为预先假定的阀值距离，ε_fs表示当d＜d₀时射频放大器传输1bit单位平方米所耗的能量；(六)基站将t_{i_round}和t_{j_round}发回各簇的簇头节点；(七)最大簇的簇头节点在t_{j_round}时间内为簇内各成员节点分配数据传输时隙，其它簇的簇头节点在t_{i_round}时间内为簇内各成员节点分配数据传输时隙；(八)各簇内成员节点在簇头节点为其分配的时隙内向簇头传输数据，簇头节点对接收到的数据进行数据融合后再将信息传送给基站；(九)各簇i在经过t_{i_round}时间后，休眠t_{j_round}‑t_{i_round}时间后被唤醒，此后全网进入新一轮的簇建立和稳定运行阶段，簇形成后从步骤(二)重新开始新一轮的轮时间动态调整和稳定运行过程。