一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法

摘要

本发明涉及一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，属于无线传感网技术领域，利用非合作博弈理论选出所有节点中剩余能量较多的为簇头，使得全网能耗水平达到均衡，然后将能接收到簇头消息的节点，通过近邻原则加入到簇；而未能接收到簇头信号的节点，根据最小化簇内能量消耗代价原则，选择可靠的中继节点加入到簇，最后通过簇间路由准备，整个网络构成树状结构，以保证在链路失效时备用路由的启动。若有节点失效，则网络启动维护过程，重新组网以保证网络正常运行。该方法减少了水下拓扑网络构造中的通信及能量消耗，均衡了网络能耗，延长了网络生命周期。

主权项

一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：按照下述步骤顺序进行：步骤1：运用N阶近邻方法计算出最佳簇数kopt；步骤2：首先建立节点博弈模型，再根据节点的能量和路径损耗来计算其ui值，ui值计算公式为：，其中，表示节点i在当前通信轮的剩余能量，表示当前通信轮全网平均剩余能量，为节点i到其一跳邻居节点j的路径损耗，是节点i的一跳邻居集，ni是节点i一跳邻居个数，是常数调节因数；将所有节点的ui值从大到小降序排序，从大到小依次选取kopt个作为簇头节点；步骤3：当选的簇头节点广播自己当选的消息，接收到广播消息的非簇头节点选择加入ui值最大的簇头节点所在的簇并发送应答消息ACK；如果接收到的广播消息中具有相同的ui值，则从相同ui值的簇头节点中随机选择一个簇加入并发送应答消息ACK；未接收到簇头节点广播消息的非簇头节点，则通过计算其邻居节点与簇头节点通信的代价值来决定中继节点；步骤4：各个节点都加入归属的簇并与簇头建立通信路径后，建立簇间路由，构建树型网络结构；步骤5：网络组网完成后，sink节点通知网络中各个节点准备通信，网络中各个节点根据各自所属的簇内的TDMA表进行通信；若有节点失效，则网络启动维护过程，按照步骤1重新组网以保证网络的正常运行。