一种高能效的无线传感网簇头选择方法技术

技术编号:19153123 阅读:18 留言:0更新日期:2018-10-13 10:55
本发明专利技术公开了一种高能效的无线传感网簇头选择方法,包括以下步骤:步骤(1)计算网络中每个节点的邻居节点数;步骤(2)判断每个节点的类型是内部节点还是外部节点;步骤(3)判断网络中每个节点的每个邻居节点的类型是内部邻居节点还是外部邻居节点;步骤(4)计算网络中每个节点的内部邻居节点数和外部邻居节点数;步骤(5)计算每个节点的节点密度;步骤(6)计算每个节点的剩余能量;步骤(7)计算每个节点的簇头选择参数值;步骤(8)将网络中每个节点的簇头选择参数值与其所有的邻居节点的簇头选择参数值进行比较,选择簇头选择参数值最大的节点为簇头。本发明专利技术的优点是:能平衡网络中节点能量的消耗,提高了能效,延长了网络寿命。

A high energy efficient cluster head selection method for Wireless Sensor Networks

The invention discloses an energy-efficient cluster head selection method for wireless sensor networks, which comprises the following steps: (1) calculating the number of neighboring nodes of each node in the network; determining whether the type of each node is an internal node or an external node; and (3) determining the class of each neighboring node of each node in the network. Step (4) Calculate the number of internal and external neighbor nodes of each node in the network; Step (5) Calculate the node density of each node; Step (6) Calculate the residual energy of each node; Step (7) Calculate the cluster head selection parameters of each node; Step (8) Compare the cluster head selection parameters of each node in the network with those of all its neighbors, and select the node with the largest cluster head selection parameters as the cluster head. The invention has the advantages of balancing the energy consumption of nodes in the network, improving the energy efficiency and prolonging the network life.

【技术实现步骤摘要】
一种高能效的无线传感网簇头选择方法
本专利技术涉及无线通信
,具体涉及一种高能效的无线传感网簇头选择方法。
技术介绍
近年来,无线传感器网络(WSN)在诸如军事侦察,环境监测,安全系统和工业自动化等许多应用中得到了极大的研究关注。但目前传感器设备一般都是电池供电,且无线传感网布置的地方一般不便到达,传感设备一旦电池耗尽即意味着该网络节点的死亡,引起传感网络功能的下降甚至丧失。因此能量成为了制约无线传感器网络的瓶颈问题,节能是网络协议设计的关键。在无线传感器网络中,成簇是节约能量的有效方法之一,因为在成簇的网络中只有少数簇头处于活跃状态,而其他节点可以休眠。在一个簇内,簇头的主要功能是收集簇内信息并将其传输到基站,因此,在成簇算法中簇头的选择是关键。目前有许多成簇算法被提出,如LEACH、EED、EEC;其中LEACH是由W.R.Heinzelman等人提出的低功耗自适应集簇分层型协议,是最典型的成簇算法之一,在每一轮簇头选择时,它随机选择之前没有被选为簇头的节点作为新的簇头,将整个网络的能量负载均匀分配到各个传感器节点,从而降低网络能耗,提高网络的整体寿命,但是,该簇头选择的随机性会导致高密度低能量的节点被选为簇头,从而导致簇头节点能量消耗过快而死亡。EED是由W.A.Ellatief等人提出基于节点密度和剩余能量的簇头选择方法,该方法引入内部节点以及边界节点的概念来进行簇头选择,其中具有较多内部邻居数的节点被选择为簇头,并且当节点的剩余能量小于设定阈值时,簇头才会改变,但是该方法在簇头选择过程中更注重节点密度的影响,从而忽略了高密度节点能量消耗过快,使网络中出现能量消耗不均匀的问题。而EEC是由V.Vijay等人提出一种基于节点密度和剩余能量的新的簇头选择标准,该方法在簇头选择中考虑相同权重下的节点密度和剩余能量,然而该方法忽略了节点密度和剩余能量之间的平衡,以及随着传输轮次的增加死亡节点对节点密度的影响,导致低能量簇头节点过早死亡。因此亟需专利技术一种能有效平衡网络中节点能量消耗、延长网络寿命的簇头选择方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能提高能效并延长网络寿命的无线传感网簇头选择方法。为实现上述目的,本专利技术采用了如下技术方案:所述的一种无线传感网簇头的选择方法,包括以下步骤:步骤(1):计算网络中每个节点的邻居节点数;步骤(2):根据网络中每个节点的邻居节点数,判断每个节点的类型是内部节点还是外部节点;步骤(3):根据每个节点的类型,判断网络中每个节点的每个邻居节点的类型是内部邻居节点还是外部邻居节点;步骤(4):计算网络中每个节点的内部邻居节点数和外部邻居节点数;步骤(5):根据每个节点的邻居节点数、内部邻居节点数及外部邻居节点数计算每个节点的节点密度;步骤(6):根据每个节点的当前能量与网络中节点的总能量,计算每个节点的剩余能量;步骤(7):根据每个节点的节点密度与剩余能量,计算每个节点的簇头选择参数值;步骤(8):将网络中每个节点的簇头选择参数值与其所有的邻居节点的簇头选择参数值进行比较,选择簇头选择参数值最大的节点为簇头。进一步地,前述的一种无线传感网簇头的选择方法,其中:在步骤(2)中,节点类型的具体判断方法是:当节点的邻居节点数大于或等于三个时,则判断当前节点为内部节点;当节点的邻居节点数小于三个时,则判断当前节点为外部节点。进一步地,前述的一种无线传感网簇头的选择方法,其中:在步骤(3)中,节点的邻居节点的类型的具体判断方法是:当节点的邻居节点是内部节点时,则判断该邻居节点为内部邻居节点;当节点的邻居节点是外部节点是,则判断该邻居节点为外部邻居节点。进一步地,前述的一种无线传感网簇头的选择方法,其中:在步骤(5)中,每个节点的节点密度的具体计算公式为:其中,x为节点,Nact为网络中所有剩余能量不为零的节点数,degx为节点的邻居节点数目,inx为节点的内部邻居节点数;outx为节点的外部邻居节点数。进一步地,前述的一种无线传感网簇头的选择方法,其中:在步骤(6)中,每个节点的剩余能量用节点的当前能量与网络中节点的总能量的比值进行表示,即rex/Etot;其中,rex为节点的当前能量,Etot为网络中节点的总能量。进一步地,前述的一种无线传感网簇头的选择方法,其中:在步骤(7)中,每个节点的簇头选择参数值的具体计算公式为:其中,x为节点,c为动态权值,Nact为网络中所有剩余能量不为零的节点数,degx为节点的邻居节点数目,inx为节点的内部邻居节点数;outx为节点的外部邻居节点数,rex为节点的当前能量,Etot为网络中节点的总能量;其中c=1/1+α,α=rex/Einit,rex为节点的当前能量,Einit为节点的初始能量。通过上述技术方案的实施,本专利技术的有益效果是:(1)本专利技术考虑了死亡节点对节点密度的影响,并在簇头选择参数值中引入动态权值来平衡节点密度和剩余能量对簇头选择的影响,使得具有更高节点密度和更多剩余能量的节点被选择为簇头,从而平衡网络中节点能量的消耗,提高了能效,延长了网络寿命;(2)在簇头选择过程中使用了动态节点密度,有效避免因某些节点一直被选为簇头而导致节点能量消耗过快情况的发生,进一步提高了能效,延长了网络寿命;(3)随着传输轮次的增加,剩余能量在簇头选择过程中的比重逐渐增加,有效避免因低能量节点被选择为簇头而引起节点过早死亡情况的发生,进一步提高了能效,延长了网络寿命。附图说明图1为本专利技术所述的一种高能效的无线传感网簇头选择方法的流程框图。图2为采用本专利技术所述的簇头选择方法与
技术介绍
中所述的簇头选择方法后网络中死亡节点百分比与传输轮次之间的关系曲线图。图3为采用本专利技术所述的簇头选择方法与
技术介绍
中所述的簇头选择方法后网络生存时间与网络中节点数目变化之间的关系图。图4为采用本专利技术所述的簇头选择方法与
技术介绍
中所述的簇头选择方法后网络面积变化与网络生存时间之间的关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示,所述的一种高能效的无线传感网簇头选择方法,包括以下步骤:步骤(1):计算网络中每个节点的邻居节点数;步骤(2):根据网络中每个节点的邻居节点数,判断每个节点的类型是内部节点还是外部节点;其中,节点类型的具体判断方法是:当节点的邻居节点数大于或等于三个时,则判断当前节点为内部节点;当节点的邻居节点数小于三个时,则判断当前节点为外部节点;步骤(3):根据每个节点的类型,判断网络中每个节点的每个邻居节点的类型是内部邻居节点还是外部邻居节点;其中,节点的邻居节点的类型的具体判断方法是:当节点的邻居节点是内部节点时,则判断该邻居节点为内部邻居节点;当节点的邻居节点是外部节点是,则判断该邻居节点为外部邻居节点;步骤(4):计算网络中每个节点的内部邻居节点数和外部邻居节点数;步骤(5):根据每个节点的邻居节点数、内部邻居节点数及外部邻居节点数计算每个节点的节点密度;其中,每个节点的节点密度的具体计算公式为:其中,x为节点,Nact为网络中所有剩余能量不为零的节点数,degx为节点的邻居节点数目,inx为节点的内部邻居节点数;outx为节点的外部邻居节点数;步骤(6):根据每个节点的当前能量与网络中节点的总能量,计算每个节本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高能效的无线传感网簇头选择方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1):计算网络中每个节点的邻居节点数;步骤(2):根据网络中每个节点的邻居节点数,判断每个节点的类型是内部节点还是外部节点;步骤(3):根据每个节点的类型,判断网络中每个节点的每个邻居节点的类型是内部邻居节点还是外部邻居节点;步骤(4):计算网络中每个节点的内部邻居节点数和外部邻居节点数;步骤(5):根据每个节点的邻居节点数、内部邻居节点数及外部邻居节点数计算每个节点的节点密度;步骤(6):根据每个节点的当前能量与网络中节点的总能量,计算每个节点的剩余能量;步骤(7):根据每个节点的节点密度与剩余能量,计算每个节点的簇头选择参数值;步骤(8):将网络中每个节点的簇头选择参数值与其所有的邻居节点的簇头选择参数值进行比较,选择簇头选择参数值最大的节点为簇头。

【技术特征摘要】
1.一种高能效的无线传感网簇头选择方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1):计算网络中每个节点的邻居节点数;步骤(2):根据网络中每个节点的邻居节点数,判断每个节点的类型是内部节点还是外部节点;步骤(3):根据每个节点的类型,判断网络中每个节点的每个邻居节点的类型是内部邻居节点还是外部邻居节点;步骤(4):计算网络中每个节点的内部邻居节点数和外部邻居节点数;步骤(5):根据每个节点的邻居节点数、内部邻居节点数及外部邻居节点数计算每个节点的节点密度;步骤(6):根据每个节点的当前能量与网络中节点的总能量,计算每个节点的剩余能量;步骤(7):根据每个节点的节点密度与剩余能量,计算每个节点的簇头选择参数值;步骤(8):将网络中每个节点的簇头选择参数值与其所有的邻居节点的簇头选择参数值进行比较,选择簇头选择参数值最大的节点为簇头。2.根据权利要求1所述的一种高能效的无线传感网簇头选择方法,其特征在于:在步骤(2)中,节点类型的具体判断方法是:当节点的邻居节点数大于或等于三个时,则判断当前节点为内部节点;当节点的邻居节点数小于三个时,则判断当前节点为外部节点。3.根据权利要求1所述的一种高能效的无线传感网簇头选择方法,其特征在于:在步骤(3)中,节点的邻居节点的类型的具体判断方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨丽花倪梦周颖江凌云
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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