[发明专利]WirelessHART网络中基于集群的数据聚合与路由方法及其通信网络

摘要

本发明涉及一种WirelessHART网络中基于集群的数据聚合与路由方法及其通信网络，适用于实时WirelessHART网络中，该方法包括：在WirelessHART通信协议的上行链路选择中，在网络节点中根据其通信消耗、剩余能量和数据传输频率选择出集群中的簇头；将整个网络节点根据选择的簇头进行数据聚合形成若干个簇，所述簇的簇内节点数据传输频率均小于簇头节点；根据所述簇通过超帧调度完成数据传输。本发明相比于最先进的WirelessHART通信协议提升了40％的网络寿命，并且满足端对端的延迟约束。

主权项

1.一种WirelessHART网络中基于集群的数据聚合与路由方法，其特征在于，适用于实时WirelessHART网络中，该方法包括：/n在WirelessHART通信协议的上行链路选择中，在网络节点中根据其通信消耗、剩余能量和数据传输频率选择出集群中的簇头；/n将整个网络节点根据选择的簇头进行数据聚合形成若干个簇，所述簇的簇内节点数据传输频率均小于簇头节点；根据所述簇通过超帧调度完成数据传输；/n该方法采用基于层次的聚类算法将整个网络节点根据选择的簇头进行数据聚合形成若干个簇；/n所述基于层次的聚类算法的具体步骤为：/n遍历当前网络层的所有节点，将未被分簇节点加入到可以到达的簇，作为其簇内节点；/n计算当前网络层进行上述步骤后仍未被分簇节点的链路选择优先值并排序，将链路选择优先值最大的未被分簇节点作为新的簇头，遍历当前网络层剩余未被分簇节点，加入到可以到达的簇，作为其簇内节点；所有簇头组成簇头集合；/n对于簇头集合中的任一簇头，若其上一网络层中存在链路选择优先值大于该簇头节点的两个节点，则将该两个节点加入簇头集合中，并设置为簇头；若其上一网络层中链路选择优先值大于该簇头节点的节点数少于两个，则从当前网络层中选择链路选择优先值最大的节点设置为簇头；/n在WirelessHART通信协议的上行链路选择中，根据网络节点的通信消耗、剩余能量和数据传输频率计算链路选择优先值，并进行排序，根据网络节点的链路选择优先值大小选择出集群中的簇头与簇内节点，进行初步集群分簇；/n在该方法中，根据网络节点的通信消耗、剩余能量和数据传输频率计算链路选择优先值：/n网络节点的链路选择优先值为网络节点的通信消耗因子、剩余能量因子和数据传输频率因子各自与其权重系数进行乘积后的累加值；/n所述通信消耗因子用于表示链路选择优先值计算中网络节点的通信消耗；所述节点剩余能量因子用于表示链路选择优先值计算中网络节点的剩余能量；所述数据传输频率因子用于表示链路选择优先值计算中网络节点的数据传输频率；/n网络节点的通信消耗因子的具体计算步骤为：/n网络节点的通信消耗因子为一减去连接网络节点时消耗的能量与连接整个集群中网络节点消耗的全部能量的商；/n网络节点的剩余能量因子的具体计算步骤为：/n网络节点的剩余能量因子为网络节点的剩余能量与该网络节点的初始能量的商；/n网络节点的数据传输频率因子的具体计算步骤为：/n判断网络节点的数据传输频率与预先选择的簇头节点的数据传输频率的大小；/n若网络节点的数据传输频率小于等于预先选择的簇头节点的数据传输频率，则网络节点的数据传输频率因子为1；/n若网络节点的数据传输频率大于预先选择的簇头节点的数据传输频率，则网络节点的数据传输频率因子为网络节点的数据传输频率与预先选择的簇头节点的数据传输频率的商；/n所述预先选择的簇头节点为父节点；/n所述通信消耗因子的权重系数、剩余能量因子的权重系数和数据传输频率因子的权重系数通过层次分析法确定。/n