一种制造物联网中的传感网拓扑优化方法

摘要

本发明公开了一种制造物联网中的传感网拓扑优化方法，结合感知节点大规模分布、无线通信距离有限、能量受限等特征，考虑大规模无线传感网无法直接采用平面网络拓扑结构，采用一种以无线Mesh路由器为簇头的大规模分布节点分簇网络拓扑结构，在分簇时需综合考虑负载均衡以及能量有效两方面因素，合理优化并划分出各个无线Mesh路由器的簇范围，在保障各个无线Mesh路由器负载均衡的前提下，构建以无线Mesh路由器为根节点的最小能耗数据转发树。

主权项

一种制造物联网中的传感网拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：制造物联网中所有节点周期性发送Hello数据包，无线Mesh路由器以及各节点建立其邻居表；Step2：计算与无线Mesh路由器相邻的节点所属簇。定义无线Mesh路由器D_k所管理的簇为：Cluster_D_k；若节点s_i与多个无线Mesh路由器D_k相邻，那么选择通信能耗最小的无线Mesh路由器加入。计算节点s_i到其相邻无线Mesh路由器D_k的通信能耗$E_{s_i\to D_k}={2E}_{\mathrm{elec}}+{\mathrm{\beta d}}_{s_i{D}_k}^{\alpha },$其中，E_elec表示在发送端/接收端分别发送/接收单个bit数据所需的能量(该能量是距离无关的，只表示发送/接收电路的能耗)，表示在源节点s_i到目的节点D_k间传送单个bit数据所需的射频能量，表示节点s_i到D_k的距离；α为能量路径损耗指数；β是一个常数pJ/(bit×m⁴)；节点s_i将该通信能耗转发给其所有其它邻居节点，并标记到簇头Mesh路由器的跳数为HopNum_s_i＝1；Step3：其他各节点s_j接收到多个上游节点s_i发送过来的通信能耗，计算节点s_j到Mesh路由器的通信能耗E_j：并选择连接Mesh路由器的上游节点；将节点s_j所属簇标记为与其上游节点相同，并将节点s_j到簇头Mesh路由器的通信能耗发往其他下游邻居节点；各下游邻居节点收到多个由上游邻居节点发送的通信能耗后，重复执行Step3，选定其连接簇头Mesh路由器的上游节点；Step4：迭代执行Step3，直到制造物联网无线传感器网络所有节点都选择完其上游节点并标记其所属簇号；至此，所有节点按能量有效原则确定了其所属簇号并构建了能量消耗最小的数据转发树。