一种工业无线传感网络的分簇方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种工业无线传感网络的分簇方法及装置，其中的方法包括：首先通过将无线传感网络中所有的节点设置为候选节点，然后通过竞争的方法来从候选节点中选择簇头节点，一旦某一节点成为簇头，其邻居节点成为此簇的成员节点。而后剩余的候选节点执行以上操作直到候选节点构成的集合为空为止。通过本发明专利技术的方法，分成的各个簇之间在数据采集时没有通信干扰。从而，每个簇只要给其自身节点分配时隙而无需考虑其他簇的干扰，大大降低了时隙分配复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种工业无线传感网络的分簇方法及装置
本专利技术涉及网络通讯
，具体涉及在工业领域的无线传感器网络，并提出一种对此网络进行分簇的方法及装置，从而达到优化网络通信的目的。
技术介绍
传统工业领域主要通过现场总线来连接各工业设备，从而实现过程自动化控制，但现场总线存在部署困难的问题，甚至在某些地方无法部署。工业无线传感网(IndustrialWirelessSensorNetworks,IWSN)作为现场总线的替代或者补充孕育而生。因不需要现场布线和无线传输性质，工业无线传感网具有部署成本低、可扩展性好、灵活性高等特点。在工业应用中，要求数据传输具有可靠性和低延时性，这就一方面需要工业无线传感网采用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多址)这种接入方式。另一方面，基于簇的网络拓扑已被研究证明具有节能、可扩展性好等特点。在基于簇的网络拓扑中，首先整个网络会被分成各个簇，每个簇都会有一个特殊的节点称为簇头，其他节点称为成员节点。成员节点将采集的数据首先发送至簇头，簇头再将这些数据聚合在一个数据包中，之后再发送给汇聚节点。因基于簇结构网络的节能特点，越来越多的无线传感网设计都基于这一架构。结合以上两方面，基于簇结构并采用TDMA方式的无线传感网可满足工业应用需求，在此结构中，每个簇对自己簇内节点进行时隙分配。目前采用的分簇方法，各个簇之间存在通信干扰，使得时隙分配显得非常复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种针对工业无线传感网络的分簇方法，通过此分簇方法，将工业无线传感网络划分为各个簇，且划分成的各个簇之间的数据采集通信不会对彼此进行干扰，从而大大简化了各个簇的时隙分配。第一方面，本专利技术提供了一种工业无线传感网络的分簇方法，包括：步骤S1：将所述工业无线传感网络的所有节点设置为候选节点，其中，所有候选节点构成候选节点集合，并为每个候选节点设置随机后退时间；步骤S2：将随机后退时间先到的候选节点设置为簇头节点，并向所述簇头节点的所有邻居节点广播Joining消息；步骤S3：当所述簇头节点的邻居节点为待定节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；当所述簇头节点的邻居节点为候选节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，同时取消该邻居节点的随机后退时间，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；步骤S4：当簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，则记录该成员节点的ID；当非簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，如果该非簇头节点为候选节点，则取消所述候选节点的随机后退时间，并将所述候选节点设置为待定节点，否则忽略该Joint消息；步骤S5：对所述候选节点集合中剩余的候选节点，重复执行步骤S2～S4，直到所述候选节点集合为空；步骤S6：将剩余待定节点设置为孤立节点，将簇头节点与对应的成员节点构成簇，其中，孤立节点不属于簇。在一种实施方式中，步骤S1中为所述候选节点集合中的每个候选节点设置随机后退时间，包括：根据所述候选节点集合中的候选节点的剩余能量，设置随机后退时间T，具体为：T＝rand(0，αλ)其中，rand函数表示在0到αλ之间随机取一个数值，其中α表示剩余能量百分比的倒数，当能量为满时，α＝1，当剩余能量为10％，α＝10，λ为预设常数。在一种实施方式中，每个簇包含一个簇头节点，且簇头节点用于采集所有成员节点的数据，并进行数据传输。在一种实施方式中，所述方法还包括：当所述工业无线传感网络运行预设时间后，则重新进行分簇。基于同样的专利技术构思，本专利技术第二方面提供了一种工业无线传感网络的分簇装置，包括：随机后退时间设置模块，用于将所述工业无线传感网络的所有节点设置为候选节点，其中，所有候选节点构成候选节点集合，并每个候选节点设置随机后退时间；簇头节点设置模块，用于将随机后退时间先到的候选节点设置为簇头节点，并向所述簇头节点的所有邻居节点广播Joining消息；成员节点设置模块，用于当所述簇头节点的邻居节点为待定节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；当所述簇头节点的邻居节点为候选节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，同时取消该邻居节点的随机后退时间，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；邻居节点设置模块，用于当簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，则记录该成员节点的ID；当非簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，如果该非簇头节点为候选节点，则取消所述候选节点的随机后退时间，并将所述候选节点设置为待定节点，否则忽略该Joint消息；剩余候选节点处理模块，用于对所述候选节点集合中剩余的候选节点，重复执行步骤S2～S4，直到所述候选节点集合为空；孤立节点获得模块，用于将剩余待定节点设置为孤立节点，将簇头节点与对应的成员节点构成簇，其中，孤立节点不属于簇。在一种实施方式中，所述随机后退时间设置模块具体用于：根据候选节点的剩余能量，设置随机后退时间T，具体为：T＝rand(0，αλ)其中，rand函数表示在0到αλ之间随机取一个数值，其中α表示剩余能量百分比的倒数，当能量为满时，α＝1，当剩余能量为10％，α＝10，λ为预设常数。在一种实施方式中，每个簇包含一个簇头节点，且簇头节点用于采集所有成员节点的数据，并进行数据传输。在一种实施方式中，分簇装置还包括：重新分簇模块，用于当所述工业无线传感网络运行预设时间后，则重新进行分簇。基于同样的专利技术构思，本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被执行时实现第一方面所述的方法。基于同样的专利技术构思，本专利技术第四方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该程序被执行时实现第一方面所述的方法。本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：在本专利技术提供的方法，首先将传感器网络中所有节点划分设置为候选节点，且，所有候选节点构成候选节点集合，并为每个候选节点设置随机后退时间；然后通过随机后退时间的达到先后从候选节点集合中选择候选节点作为簇头节点，即通过竞争的方法选择簇头节点，当某一候选节点成为簇头节点后，向簇头节点的所有邻居节点广播Joining消息，以通知该簇头节点的所有邻居其已经加入簇中；并将该簇头节点的邻居节点设置为此簇的成员节点，并向成员节点的邻居节点广播Joint消息，以通知该成员节点的所有邻居，其为簇的成员节点。当簇头节点的邻居节点为候选节点时，同时取消该邻居节点的随机后退时间；当簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，则记录该成员节点的ID；当其他节点接收到成员节点发送的Joint消息时，如果该非簇头节点为候选节点，则取消所述候选节点的随机后退时间，并将所述候选节点设置为待定节点，否则忽略该Joint消息。对候选节点集合中剩余的候选节点进行同样的操作，直到所述候选节点集合为空；最后将剩余的待定节点设置为孤立节点，将簇头节点与对应的成员节点构成簇。由于每个成员节点都只覆盖一个簇头节点，所以当成员节点将采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业无线传感网络的分簇方法，其特征在于，包括：步骤S1：将所述工业无线传感网络的所有节点设置为候选节点，其中，所有候选节点构成候选节点集合，并为每个候选节点设置随机后退时间；步骤S2：将随机后退时间先到的候选节点设置为簇头节点，并向所述簇头节点的所有邻居节点广播Joining消息；步骤S3：当所述簇头节点的邻居节点为待定节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；当所述簇头节点的邻居节点为候选节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，同时取消该邻居节点的随机后退时间，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；步骤S4：当簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，则记录该成员节点的ID；当非簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，如果该非簇头节点为候选节点，则取消所述候选节点的随机后退时间，并将所述候选节点设置为待定节点，否则忽略该Joint消息；步骤S5：对所述候选节点集合中剩余的候选节点，重复执行步骤S2～S4，直到所述候选节点集合为空；步骤S6：将剩余的待定节点设置为孤立节点，将簇头节点与对应的成员节点构成簇，其中，孤立节点不属于簇。...

【技术特征摘要】
1.一种工业无线传感网络的分簇方法，其特征在于，包括：步骤S1：将所述工业无线传感网络的所有节点设置为候选节点，其中，所有候选节点构成候选节点集合，并为每个候选节点设置随机后退时间；步骤S2：将随机后退时间先到的候选节点设置为簇头节点，并向所述簇头节点的所有邻居节点广播Joining消息；步骤S3：当所述簇头节点的邻居节点为待定节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；当所述簇头节点的邻居节点为候选节点时，则将该邻居节点设置为所述簇头节点对应的簇的成员节点，同时取消该邻居节点的随机后退时间，并向该邻居节点的所有邻居节点广播Joint消息；步骤S4：当簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，则记录该成员节点的ID；当非簇头节点接收到成员节点发送的Joint消息时，如果该非簇头节点为候选节点，则取消所述候选节点的随机后退时间，并将所述候选节点设置为待定节点，否则忽略该Joint消息；步骤S5：对所述候选节点集合中剩余的候选节点，重复执行步骤S2～S4，直到所述候选节点集合为空；步骤S6：将剩余的待定节点设置为孤立节点，将簇头节点与对应的成员节点构成簇，其中，孤立节点不属于簇。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中为所述候选节点集合中的每个候选节点设置随机后退时间，包括：根据所述候选节点集合中的候选节点的剩余能量，设置随机后退时间T，具体为：T＝rand(0，αλ)其中，rand函数表示在0到αλ之间随机取一个数值，其中α表示剩余能量百分比的倒数，当能量为满时，α＝1，当剩余能量为10％，α＝10，λ为预设常数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个簇包含一个簇头节点，且簇头节点用于采集所有成员节点的数据，并进行数据传输。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述工业无线传感网络运行预设时间后，则重新进行分簇。5.一种工业无线传感网络的分簇装置，其特征在于，包括：随机后退时间设置模块，用于将所述工业无线传感网络的所有节点设置为候选节点，其中，所有候选节点构成候选节点集合，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，朱卫平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42