[发明专利]一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法

摘要

本发明公开了一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，在簇生成阶段，目标关联的簇生成方法可以有效筛选与目标相关的节点加入簇，并将能量较低的节点排除，保证了网络的融合精度和网络寿命；在簇头选举阶段，簇头节点可以保证簇内的通信总消耗最优，同时防止单个节点成为多个簇的簇头，避免了个别节点负担过重快速消亡的问题；最后在拓扑裁剪的过程中，通过有效均衡节点的通信连接数来保证网络寿命，同时在削减拓扑时考虑到对融合精度的影响，尽可能减小精度损失。

主权项

1.一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、目标相关的簇生成过程，具体包括以下步骤：/nStep 1：当无线传感器网络中的任意一个节点发现一个目标时，该节点将会广播发送发现目标消息，网络中每个节点根据其是否收到其它节点发送的发现目标消息来确定是否有其他节点已经发起了针对同一目标的组网申请：若没有收到针对同一目标的发现目标消息，则该节点会向其它节点广播发出一个ClusterMsg申请，发起组网申请；若收到针对同一目标的发现目标消息，该节点不动作；/nStep 2：每个收到ClusterMsg申请信息的节点按照式(1)给出的形式判断自身是否适合参与该簇；/n /n其中，E_cur和E_max表示当前节点的能量值和网络中能量的最高值；||Z₂-Z₁||表示当前节点观测到的轨迹与当前簇对应的目标轨迹之间的跟踪误差，e_max表示误差上限；α为时变参数；/n如果P_tch＞P_tch0，其中P_tch0表示设定的阈值，则该节点会向发起组网的节点发出MemberMsg信息来申请加入簇；如果P_tch≤P_tch0，节点不发出MemberMsg信息；/n步骤二、分布式簇头选举过程，具体为：/nStep 1:当前簇中每个节点基于式(2)计算出ω_head,并广播发送包含ω_head的比较消息CompareMsg；/n /n其中，i,j＝1,2,...,N且i≠j，N表示簇内节点个数，Cluster_i表示该节点i从属于的簇，δ_i表示节点i已经成为的簇头数，deg_i表示节点i的度，d_ij表示节点i与簇内邻居节点j之间的通信距离；/nStep 2：每个收到CompareMsg消息的节点均将收到的ω_head与本地计算的ω_head进行比较，若本地的ω_head较小，则向发来CompareMsg消息的节点回复一条要求对方退出簇的消息QuitMsg，收到消息QuitMsg的节点退出簇头的竞争；/nStep 3：最后没有退出簇的节点发送成员信息HeadMsg给所有簇内节点，通知其他节点它成为簇头，从而结束簇头的选举过程；/n步骤三、簇拓扑的裁剪过程，具体为：/nStep 1：确定当前簇内每个节点关联的目标数TargetNum，然后判断目标数TargetNum是否大于上限，如果是，该节点则发送带有退簇参数ρ_leave的退簇消息LeaveMsg给簇头节点；其中，dis代表其与簇头节点的距离；如果否，该节点不发送退簇消息；/nStep 2：收到退簇消息LeaveMsg的簇头节点开始查看簇内成员是否过多，若簇内成员过多，则簇头开始退簇应答，具体为：/n首先，根据每个发送退簇消息节点对应的退簇参数ρ_leave计算节点对应的冗余判据δ_leave：/nδ_leave＝ρ_leave×e^-angle(4)/n其中，angle表示申请退簇的节点和目标连线与其具有最相似观察的节点和目标连线之间的夹角，该夹角最小；/n然后，将计算的冗余判据δ_leave按从大到小的顺序进行排序；/n最后，依据冗余判据δ_leave的排序来确定节点的退簇顺序，并发送退簇允许信息AllowMsg以使对应的节点退簇，完成该簇的拓扑裁剪；以此类推，完成其它簇的拓扑裁剪，即完成整个网络的拓扑裁剪工作。/n