一种基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法

摘要

本发明涉及一种基于能量预测的异构无线传感网(HWSNs)的分簇树型拓扑构建方法，包括以下步骤：1)依据整体网络在理想情况下的平均剩余能量和能量差值，分析估计下一轮的网络平均剩余能量值；2)基于通信成本代价选举簇头，同时结合节点能量、链路可靠性和节点间距，引导簇形成的过程；3)簇形成之后在簇内节点中选择适宜节点作为中转节点，将数据传递至簇头。本发明在异构无线传感网处于初始状态下，基于消耗较少能量的前提，获得较优的分簇树型拓扑网络，在节省能耗的同时尽可能地延长了网络的生命周期。

主权项

一种基于能量预测的异构无线传感网的拓扑构建方法，其特征在于：包括以下步骤：1)依据整体网络在理想情况下的平均剩余能量和能量差值，分析估计下一轮的网络平均剩余能量值，实际网络的平均能量计算公式为：其中，e(r)为实际网络平均能量与理想状态下能量之间的差值，e(r)的子样均值μ′服从正态分布，即为理想情况下的网络平均剩余能量值；2)结合节点自身能量、链路可靠性以及丢包率，以成本代价值选取节点为簇头；成本代价的计算公式为：其中，ω₁为权重系数，E_res表示节点的剩余能量，p_link为链路可靠性，p_loss表示链路丢包率，p_link,p_loss∈(0,1]，且p_link与p_loss成一定比例反比，即当链路可靠性p_link越高，节点丢包率p_loss越低；该式表示剩余能量越高，链路可靠性越高，且丢包率越低的节点越有可能被当选为簇头；3)簇头被选择后，簇头节点在其通信范围内广播自身当选的消息，以邀请非簇头节点的加入，则每个簇可看做是以簇头为中心的区域；4)簇内成树过程：以簇头为圆心，以L₂为半径，将簇区域划分为两个区域；以簇头为原点，利用十字坐标将簇分为I、II、III和IV四个区域，最后在各区域的内圆和圆环中分别寻找适宜节点作为中转节点，以接收其余节点传递的消息并将消息传递至簇头；根据下式选取权值最小的节点作为中转节点：其中，ω₂为权值系数，N_cluster为各自区域内的节点个数，d_u为节点间距 离，d_uCH为节点与簇头间的距离。