一种无线传感器网络静态分簇算法

摘要

一种无线传感器网络的静态分簇算法，属无线传感器网络领域。该算法用于无线传感器网络拓扑控制，区别于传统网络分簇算法，该算法首先通过汇聚节点进行簇的划分，然后由本轮簇首负责下一轮簇首的选举。算法的执行过程是周期性的，网络建立或有大量节点加入或离开网络时，分为簇的划分阶段、簇首选择阶段、稳定数据通信阶段，其余周期仅执行后两个阶段。与传统层次型拓扑相比，该算法可以降低网络组网过程中的能量消耗，层次划分更加合理，可以有效延长网络生命周期。

主权项

1.一种无线传感器网络静态分簇算法，该算法在满足以下网络模型的基础上进行：普通节点同质同构，能量有限；随机分布在M×M的区域内；汇聚节点及普通节点位置均固定；汇聚节点能量供应持续，且汇聚节点可以向全网发送数据，该算法包括静态簇的划分，簇首的动态选举，以及稳定数据传输阶段时的簇首重新选举算法，其特征在于，由汇聚节点根据网络节点密度进行簇的划分，形成静态簇，然后每个簇由上一轮簇首进行下一轮簇首选举，步骤如下：第一步：划分静态簇，首先进行网络初始化，汇聚节点统计节点数目；然后汇聚节点计算最优簇个数及最优簇半径，最优簇个数k_opt及簇半径TR分别为：其中N为网络节点数目，M代表节点分布范围的边长，ε_fs，ε_mp代表发送节点的功放系数，d_To-S代表网络边缘到汇聚节点的距离，TR为簇半径；然后汇聚节点发送簇半径TR到各节点，各节点统计簇半径TR范围内的邻居节点数目，报告给汇聚节点；汇聚节点根据最优簇个数进行分簇，选择每个簇的中心节点；第二步：选择簇首，首轮簇首选举由中心节点负责，从第二轮起，由上轮簇首负责下一轮簇首选举；中心节点或上轮簇首根据选择p_j最大的节点作为下一轮簇首，其中E_Ri为节点i剩余能量，E_Cavg为各簇节点为簇首时平均能耗，E_Ravg为节点平均剩余能量，EH_j为节点j为簇首时簇内能耗；第三步：重新选择簇首，当前簇首能量低于簇首重新选举算法所确定的剩余能量时，需要进行簇首重新选举；所述的簇首重新选举算法为：其中E_i为簇首节点i耗能，E_j非簇首节点耗能，E_Ij为节点j初始能量，E_Ri为需要重新选举簇首时当前簇首i剩余能量。