一种无线传感器网络拓扑控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络拓扑控制方法，通过对网络区域内的节点进行计算和分簇，通过六边形进行分割并选取簇头区，在簇头区内选取合格的节点轮流作为簇头进行通信，第一次通信完成后，将整个分簇结构进行平移，确定簇头区并再次选取合格的节点轮流作为簇头进行通信，重复上述步骤完成第三次通信，再返回到第一次通信，实现无线传感器的网络拓扑控制。本发明专利技术的无线传感器网络拓扑控制方法，使得簇头区完全覆盖了网络中的节点，网络能力消耗更加均衡，簇头区的设置减小了非簇头节点与簇头的平均距离和最大距离，同时也见笑了簇头与簇头之间的最大传输距离，降低了整个网络节点的平均能耗，延长了整个无线传感器网络的生命周期。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于无线通信
，具体是涉及一种无线传感器网络拓扑控制方法。
技术介绍
：无线传感器网络是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统。无线传感器网络的末梢时可以感知和检查外部世界的传感器。无线传感器网络中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。无线传感器网络低功耗、低成本、自组织与分布式等特点是其成为信息获取的重要技术。减少能量消耗，延长网络生命周期是无线传感器网络领域的重要改进方向。网络拓扑控制技术是在保证网络连通性和覆盖度的前提下，通过一定的功率控制或骨干网节点的选择方法，剔除节点间不必要的无线通信链路，生成一个能量高效的数据转发的优化网络拓扑结构。目前，网络拓扑控制的研究主要是以最大限度的延长网络的生命周期作为设计目标，网络拓扑控制分为节点功率控制和层次型拓扑控制。层次型拓扑控制利用了分簇机制，典型的层次拓扑控制方法LEACH协议提出了分簇的思想，将节点划分为簇结构，每个簇结构由簇头节点负责向簇内的数据传送到其他簇头或者直接传送到汇聚节点，在簇内普通节点
将感知到的数据发送给簇头节点，从而由簇头节点形成了一个接受并汇聚转发数据的骨干网。这种方法大大减少了传输次数，从而减少了无线传感器网络整体能耗，提高了网络整体生存时间。但是这种采用分簇机制的层次型拓扑控制方法中，簇头节点承担了收集簇内各个普通节点的信息以及将这些信息融合整理并转发给基站的工作，其能量消耗远大于普通节点，若簇内有N个节点，簇头消耗的能量接近非簇头节点的N倍。现有的分簇方法中，分簇结构固定，当簇头选择在区域边缘时，簇头和节点通信将消耗较多能量，尤其当簇头位于距离传输目的较远的簇区域一侧时，消耗了更多的能量。
技术实现思路
：为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中用于层次型拓扑控制的分簇方法，分簇结构固定，簇头位置能量消耗高，整个网络拓扑的生命周期受到影响，从而提出一种无线传感器网络拓扑控制方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种无线传感器网络拓扑控制方法，包括如下步骤：S1：基站向网络区域内的所有节点发送请求信息。S2：所述网络区域内的所有节点接收所述基站发送的请求信息，并向所述基站发送自己的位置信息和剩余能量信息。S3：所述基站接收所述位置信息，并根据所述位置信息对网络区域进行计算并分簇，将网络区域用六边形分割，覆盖整个区域，选取簇内中心一定区域为第一簇头区ΩR1。S4：所述第一簇头区ΩR1内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第一簇头区ΩR1内节点的数据。S5：将整体分簇结构进行第一次平移，选取第二簇头区ΩR2。S6：所述第二簇头区ΩR2内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第二簇头区ΩR2内节点的数据。S7：将整体分簇结构进行第二次平移，选取第三簇头区ΩR3。S8：所述第三簇头区ΩR3内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第三簇头区ΩR3内节点的数据。S9：返回步骤S3。作为上述技术方案的优选，所述第一阈值为网络区域内所有节点剩余能量的平均值的一半。作为上述技术方案的优选，所述网络区域内所有节点剩余能量的平均值的计算方式如下： E a v r = 1 n Σ i = 1 n E ( i ) ]]>其中，Eavr为所有节点剩余能量的平均值，n为网络区域内的节点数量，E(i)为第i个节点的剩余能量。作为上述技术方案的优选，步骤S3中：所述六边形的簇数和半径的计算方式为： k = 0.4 n ϵ f s ϵ m p M d t o B S 2 ]]> R = M * 2 3 3 * 1 k ]]>其中，k为六边形的簇数，R为六边形的半径，εfs为自由空间模型的路径损耗参数，εmp为多路衰减模型的路径损耗参数，M为网络区域的边长，dtoBS为网络边缘到基站的距离。作为上述技术方案的优选，所述第一簇头区ΩR1、所述第二簇头区ΩR2、所述第三簇头区ΩR3将所述网络区域的所有节点完全覆盖。作为上述技术方案的优选，所述第一簇头区ΩR1、所述第二簇头区ΩR2、所述第三簇头区ΩR3为以六边形中心位置为原点，以为边长的六边形区域。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的无线传感器网络拓扑控制方法，使得簇头区完全覆盖了网络中的节点，网络能力消耗更加均衡，簇头区的设置减小了非簇头节点与簇头的平均距离和最大距离，同时也见笑了簇头与簇头之间的最大传输距离，降低了整个网络节点的平均能耗，延长了整个无线传感器网络的生命周期。附图说明：以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中：图1为本专利技术一个实施例的无线传感器网络拓扑控制方法流程图；图2为本专利技术一个实施例的六边形分簇簇中心平移方向示意图；图3为本专利技术一个实施例的六边形簇平移方向示意图；图4为本专利技术一个实施例的三次平移后簇头区域完全覆盖示意图。图中符号说明：A-第一点，B-第二点，C-第三点，ΩR1-第一簇头区，ΩR2-第二簇头去区，ΩR3-第三簇头区。具体实施方式：如图1所示，本专利技术的无线传感器网络拓扑控制方法，包括如下步骤：S1：基站向网络区域内的所有节点发送请求信息。S2：所述网络区域内的所有节点接收所述基站发送的请求信息，并向所述基站发送自己的位置信息和剩余能量信息。S3：所述基站接收所述位置信息，并根据所述位置信息对网络区域进行计算并分簇，将网络区域用六边形分割，覆盖整个区域，选取簇内中心一定区域为第一簇头区ΩR1。所述六边形的簇数和半径的计算方式为： k = 0.4 n ϵ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基站向网络区域内的所有节点发送请求信息；S2：所述网络区域内的所有节点接收所述基站发送的请求信息，并向所述基站发送自己的位置信息和剩余能量信息；S3：所述基站接收所述位置信息，并根据所述位置信息对网络区域进行计算并分簇，将网络区域用六边形分割，覆盖整个区域，选取簇内中心一定区域为第一簇头区ΩR1；S4：所述第一簇头区ΩR1内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第一簇头区ΩR1内节点的数据；S5：将整体分簇结构进行第一次平移，选取第二簇头区ΩR2；S6：所述第二簇头区ΩR2内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第二簇头区ΩR2内节点的数据；S7：将整体分簇结构进行第二次平移，选取第三簇头区ΩR3；S8：所述第三簇头区ΩR3内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第三簇头区ΩR3内节点的数据；S9：返回步骤S3。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基站向网络区域内的所有节点发送请求信息；S2：所述网络区域内的所有节点接收所述基站发送的请求信息，并向所述基站发送自己的位置信息和剩余能量信息；S3：所述基站接收所述位置信息，并根据所述位置信息对网络区域进行计算并分簇，将网络区域用六边形分割，覆盖整个区域，选取簇内中心一定区域为第一簇头区ΩR1；S4：所述第一簇头区ΩR1内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第一簇头区ΩR1内节点的数据；S5：将整体分簇结构进行第一次平移，选取第二簇头区ΩR2；S6：所述第二簇头区ΩR2内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第二簇头区ΩR2内节点的数据；S7：将整体分簇结构进行第二次平移，选取第三簇头区ΩR3；S8：所述第三簇头区ΩR3内剩余能量大于第一阈值的节点轮流担任簇头，收集并转发所述第三簇头区ΩR3内节点的数据；S9：返回步骤S3。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于：所述第一阈值为网络区域内所有节点剩余能量的平均值的一半。3.根据权利要求2所述的无线传感器网络拓扑控制方法，其特征在于，所述网络区域内所有节点剩余能量的平均值的计算方式如下： E a v r = 1 n Σ i = 1 n E ( i ) ]]>其中，Eavr为所有节点剩余能量的平均值，n为网络区域内的节点数量，E(i)为第i个节点的剩余能量。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络拓扑控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文庆，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44