基于自适应退避策略的无线传感器网络分布式分簇方法

摘要

本发明涉及一种基于自适应退避策略的无线传感器网络分布式分簇方法，从节点的剩余能量入手，每个节点根据剩余电池能量自适应地设置定时器，当定时到达时，节点自动成为“簇首”并广播消息，而其相邻节点选择加入这个簇成为“普通节点”。当最大簇形成时间到达时，所有没有决定自己角色的节点自动成为“簇首”。由此，整个网络被划分为“簇首”和“普通节点”，形成层次性的管理体系。本发明利用节点剩余电池能量均衡系统的负载，通过调节算法的相关参数保证所产生的簇首分布均匀。仿真结果显示，能够减少节点被迫与基站通信的次数，延长网络生命，提高能耗效率。

主权项

1.一种基于自适应退避策略的无线传感器网络分布式分簇方法，其特征在于包括如下步骤：1)在簇形成阶段，所有节点首先处于“等待”状态，维护一个在区间[0，1]上均匀分布的随机变量xi；由系统预先设定的最大唤醒速率λmax、最小唤醒速率λmin、节点最大电池能量Emax以及当前节点剩余电池能量Ei residual，生成节点的唤醒速率λi，${\lambda }_i={\lambda }_{\min }+({\lambda }_{\max }-{\lambda }_{\min })\frac{E_{\mathrm{residual}}^i}{E_{\max }};$ 2)取系统当前时间tcurrent，由节点的唤醒速率λi按照负指数分布设置节点的定时器ti，并自适应调整定时长度，即ti＝tcurrent+min(-(1/λi)ln(xi/λi)，TCF)，其中TCF是系统预先设定的最大簇形成时间；3)当某个节点的定时到达时，选举自己成为“簇首”，并且广播“簇首”状态消息通知相邻节点；当定时没有到达时，节点维持“等待”状态；4)节点在“等待”状态时，如果接收到相邻节点的“簇首”状态消息，就停止计时，标记自己为“普通节点”并加入到这个簇，同时广播“加入”消息，告知相邻节点自己的选择；如果同时接收到多个“簇首”状态消息，则使用节点标识或者与簇首的距离来选择加入某一个簇；如果没有接收到“簇首”状态消息，节点继续维持“等待”状态；5)节点在“等待”状态时，如果接收到相邻节点的“加入”消息，则记录下这个消息；如果所有相邻节点在最大簇形成时间TCF到达之前都已经决定了自己的“角色”，则停止计时，标记自己为簇首，并广播“簇首”状态消息通知相邻节点；6)当最大簇形成时间TCF到达时，所有没有决定自己“角色”的节点自动成为簇首，完成无线传感器网络的分布式分簇。