基于固定簇头的无线传感器网络分簇方法

摘要

本发明公开了一种基于固定簇头的无线传感器网络分簇方法，适用于层次型无线传感器网络拓扑结构。提出利用能量相对较大的节点固定担当簇头，形成静态簇，并通过建立簇内数据转发路径的方法解决网络第一个节点死亡时间到网络最后一节点死亡时间跨度长的问题。该方法不需要添加任何硬件设备，在网络能量消耗一样的情况下，相对LEACH算法大幅度提高了网络能量使用效率，并有效地减小的网络平均每轮的能耗，具有推广应用价值。

主权项

基于固定簇头的无线传感器网络分簇方法，针对层次型无线传感器网络体系结构，其特征在于：首先根据网络分布区域布撒簇头，而后在监测区域布撒传感器节点，二次布撒的目的是保证各个簇头在监测区域分布相对均匀；簇头根据簇内节点到自身的能耗，建立一个节点数据转发矩阵；每个转发节点计算自身承担的转发任务，并告知簇头；簇头根据转发节点自身的能耗、承担的转发任务以及所处的转发路径对转发矩阵进行优化；依据优化的转发矩阵，通过网络能量约束条件分析和建立的网络寿命目标函数，求得每个需要进行数据转发节点的转发能量阈值和网络的最长寿命，基于固定簇头的无线传感器网络分簇方法具体包括： 步骤1：首先根据网络分布区域布撒簇头，而后在监测区域布撒传感器节点； 步骤2：簇头广播自身为簇头的消息，非簇头节点根据功率控制得到自身与最近簇头的通信能耗，并向此簇头发送加入请求信息； 步骤3：簇头根据簇内节点到自身的通信能耗，计算簇内节点到自身的平均通信能耗，簇内每个到自身通信能耗大于平均通信能耗的节点称为能量补偿节点，到自身通信能耗小于平均通信能耗的节点称为数据转发节点，簇头为每个能量补偿节点建立一条簇内数据转发路径，对应为所有能量补偿节点建立簇内数据转发矩阵； 步骤4：簇头根据数据转发节点自身的通信能耗，承担的数据转发任务以及所处的转发路径，删除转发路径上能量补偿不大且转发路径总通信代价大的数据转发节点和转发路径上转发权值小的数据转发节点； 步骤5：簇头分析影响网络寿命的两个约束条件：能量补偿节点的转发能量阈值和数据转发节点的剩余能量； 步骤6：通过目标函数和约束条件方程计算出网络寿命。