[发明专利]一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法

摘要

本发明涉及一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，属于无线传感器网络技术领域。该方法包括如下步骤首先计算LEACH协议中节点每轮能量消耗，然后根据每轮的能量消耗计算每轮持续时间，最后基于每轮能量消耗均衡原则动态调整各簇每轮的持续时间。LEACH协议中应用本发明提出的基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，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

一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算LEACH协议中节点每轮能量消耗，包括以下内容：第1.1步：根据下式计算每轮中簇头结点的能量消耗：Ei_CH/frame=lEelec(ni-1)+lEDAni+lEelec+lϵampdi_toBS4=lEelecni+lEDAni+lϵampdi_toBS4;---(1)]]>Ei_CH/round＝Ei_CH/frame×Nframes/round；  (2)其中Ei_CH/frame表示簇头节点的每帧的能量消耗，Ei_CH/round表示簇头节点每轮的能量消耗，ni表示簇i包含的节点数量，l表示每个信息包中所含的比特数，Eelec表示传播一比特数据所消耗能量，EDA表示聚合一比特数据所需能量，di_toBS代表簇头节点i到基站的距离，εamp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，Nframes/round表示每轮传输数据帧的数量；第1.2步：根据下式计算每轮中非簇头结点的能量消耗：Ek_non-CH/frame=lEelec+lϵfsdk_toCH2;---(3)]]>Ek_non‑CH/round＝Ek_non‑CH/frame×Nframes/round；  (4)其中Ek_non‑CH/frame表示簇内成员节点的每帧的能量消耗，dk_toCH代表簇内成员节点k到簇头结点的距离，εfs表示当d＜d0时发射放大器传输1bit单位平方米所耗的能量，Ek_non‑CH/round表示簇内成员节点每轮的能量消耗；步骤二、计算LEACH协议每轮持续时间，包括以下内容：第2.1步：根据下式计算每轮中簇i消耗的总能量：Ei_total=Ei_CH/round+Σk=1ni-1Ek_non-CH/round]]>=Nframes/round×[(lEelec·ni+lEDA·ni+lϵampdi_toBS4)+Σk=1ni-1(lEelec+lϵfsdk_toCH2)];---(5)]]>其中，Ei_total表示簇i每轮的能量消耗；第2.2步：根据下式计算每轮中簇i传输的数据量：Nframes/round=Ei_total/[(lEelec·ni+lEDA·ni+lϵampdi_toBS4)+Σk=1ni-1(lEelec+lϵfsdk_toCH2)];---(6)]]>第2.3步：根据下式计算每一轮的持续时间：ti_round=lrb·ni·Ei_totallEelec·ni+lEDA·ni+lϵampdi_toBS4+Σk=1ni-1(lEelec+lϵfsdk_toCH2);---(7)]]>其中rb为比特率；步骤三、动态调整各簇每轮的持续时间，包括以下内容：第3.1步：进一步计算簇i在一轮中的能量消耗：由式(7)的簇i每轮的能量消耗为：Ei_total=[Eelec·ni+EDA·ni+ϵampdi_toBS4+Σk=1ni-1(Eelec+ϵfsdk_toCH2)]·rb·ti_roundni;---(8)]]>第3.2步：动态调整各簇的每轮持续时间，包括以下内容：在当前轮各簇中找出簇内节点数最多、剩余能量最大的作为最大簇，记为簇j，簇j的每轮持续时间tj_round按照式(10)调整，其它簇的时间按照式(11)调整：tj_round＝tround(Ej_current/Ej_init)；  (10)ti_round=Eelec·nj+EDA·nj+ϵampdj_toBS4+Σk=1nj-1(Eelec+ϵfsdk_toCH2)Eelec·ni+EDA·ni+ϵampdi_toBS4+Σk=1ni-1(Eelec+ϵfsdk_toCH2)·(Ei_currentEi_init)·(ninj)2·tj_round;---(11)]]>其中tround为基准轮时间，Ej_current为簇j的剩余总能量，Ej_init为簇j的初始总能量；Ei_current为簇i的剩余总能量，Ei_init为簇i的初始总能量，nj为簇j包含的节点数，dj_toBS代表簇j的簇头节点到基站的距离；将tj_round设定为每个节点的选簇周期，非最大簇在其规定的每轮持续时间ti_round内进行数据传输，在规定的时间内传输完毕后，休眠tj_round‑ti_round时间以节省节点能量，然后与最大簇节点一起进入下一轮过程。