一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置，路径传输的时间延迟大小直接对应节点间的距离。一般而言，传输距离的增大会引起传播损耗的增加，同时若簇头节点路径较直通路径延迟时间过大会引起汇聚节点处较长的延迟等待，影响合作传输的效率，所以选取最小时间延迟的簇头节点作为源节点的合作簇头节点，在HEED算法和LEACH算法分别选举出簇头的情况下，分别进行比较其传输效率，动态选择簇区中的可选簇头进行网络传输，延长了网络整体的寿命。在物理位置和逻辑位置的角度取得了传输平衡，提高了网络的传输效率，改善了簇头节点的使用寿命和路由路径的选择。

A Dual Cluster Head Communication Method and Device for Wireless Sensor Networks

The invention discloses a dual cluster head communication method and device for wireless sensor networks, and the time delay of path transmission directly corresponds to the distance between nodes. Generally speaking, the increase of transmission distance will lead to the increase of propagation loss. At the same time, if the delay time of cluster head node is too long than that of straight path, it will cause a long delay waiting at the sink node, which will affect the efficiency of cooperative transmission. Therefore, the cluster head node with minimum delay is selected as the cooperative cluster head node of the source node, and the cluster head is elected in HEED algorithm and LEACH algorithm respectively. Then, the transmission efficiency is compared separately, and the optional cluster heads in the cluster area are dynamically selected for network transmission, which prolongs the overall network lifetime. From the point of view of physical location and logical location, the transmission balance is achieved, the transmission efficiency of the network is improved, the service life of cluster head nodes and the choice of routing path are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置
本公开涉及传感器网络通信
，具体涉及一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置。
技术介绍
在无线传感器网络中，各类传感器节点的数量不断增加，对通信系统的复杂性提出了新的要求，很多的重要实时数据，都是通过传感器网络的路由路径进行交换，一旦传感器网络的连接出现问题、或者某个传感器节点出现故障，由于没有相应的数据备用路径，可能会导致整个传感器网络数据无法交换传输，导致传感器网络不能正常工作，在无线传感器网络初始化时，通过运行LEACH算法、HEED算法来对初始拓扑的路由进行分簇优化。一旦拓扑构建阶段建立起优化网络拓扑，拓扑维护阶段必须开始工作，平衡网络中的能量消耗，使新的簇头构成的拓扑成为当前最优或接近当前最优状态，并最终延长网络的生命周期。簇头节点在簇区的节点通信中，承担的数据传输任务重，耗能较大，寿命很短，因此，需要一些技术来提升簇头节点的使用寿命。传感器节点、簇头节点和汇聚节点是无线传感器网络的主要组成部分，每种节点都有独立的能源储备和能源管理系统，在能量消耗完之后，该节点即不可再使用，因此，需要均衡各个节点的使用频率以合理的管理节点的使用频度，防止簇头节点过早耗尽能量。
技术实现思路
本公开提供一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置，路径传输的时间延迟大小直接对应节点间的距离。一般而言，传输距离的增大会引起传播损耗的增加，同时若簇头节点路径较直通路径延迟时间过大会引起汇聚节点处较长的延迟等待，影响合作传输的效率，所以选取最小时间延迟的簇头节点作为源节点的合作簇头节点，实现有效的合作传输。为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种无线传感器网络双簇头通信方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，初始化传感器网络；步骤2，根据HEED算法划分簇区并在各个簇区中选举出的第一簇头节点；步骤3，在簇区中根据LEACH算法在各个簇区中选举出第二簇头节点；步骤4，初始化双簇头的簇区；步骤5，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信。进一步地，在步骤1中，初始化传感器网络的方法为，在监测区域内随机部署N个具有相同初始能量、ID编号从0～N的普通节点，汇聚节点部署在网络边缘的随机一个点。进一步地，在步骤2或步骤3中，根据HEED算法或根据LEACH算法为，根据HEED算法进行分簇后并在每个簇区中选举簇头节点，根据LEACH算法在每个簇区中选举簇头节点并不重新划分簇区。进一步地，在步骤4中，初始化双簇头的簇区的方法为，首先，源节点以广播的形式向周围簇头节点和汇聚节点发送信息，设源节点直传到汇聚节点的时刻为T1，源节点根据周围簇头节点的ID序列号，按从小到大将其排序，确定簇头节点转发信息的顺序，δ为人为设定的传播时间间隔，默认为500毫秒，为避免多簇头节点同传到汇聚节点时相互干扰阻塞信道，采用分时传输的方法，第一簇头节点接收到源节点信息后经过δ时间间隔，向汇聚节点发送信息；第二簇头节点接收到源节点信息后经过2δ间隔后，向汇聚节点发送信息，源节点经过3δ间隔后，直接向汇聚节点发送信息，各节点按顺序向汇聚节点发送。进一步地，在步骤5中，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信的方法为，假设第一簇头节点、第二簇头节点、源节点的信息到达汇聚节点的时刻分别为T21，T22，T23，各个簇头节点信息到达汇聚节点的时刻包括路径传播时间和节点处理时间，T21为第一簇头节点的信息到达汇聚节点时刻，T22为第二簇头节点的信息达到汇聚节点时刻，T23为源节点的信息达到汇聚节点时刻，信息到达汇聚节点的时刻表示式如下：T21＝T1+t1，T22＝T1+δ+t2，T23＝T1+2δ+t3，式中，t1为经过第一簇头节点传播路径所用的时间与源节点直接与汇聚节点传播所用时间的差值，t2为经过第二簇头节点传播路径所用的时间与直接与汇聚节点传播所用时间的差值，当汇聚节点依次接收到各簇头节点信息后，对其各自到达时间作差比较：T22-T21＝δ+t2-t1，所得差值结果与δ相比较：当留下第一簇头节点继续比较时：T23-T21＝2δ+(t3-t1)，所得差值结果与2δ相比较：留下第二簇头节点继续比较时：T23-T22＝δ+(t3-t2)，所得差值结果与δ相比较：以此类推，用前面的接收时刻时间与后面的接收时刻时间做比较，直到找到最小延迟时间的簇头节点，即动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信式子为：T2p-T2q＝(p-q)δ+(tp-tq)，所得差值结果与(p-q)δ相比较：依次比较完毕后，选出延迟时间最小的节点n0，汇聚节点将选择的结果反馈给源节点，以此延迟时间的节点n0作为最佳合作的簇头节点，作为传输路径进行合作将数据传输到汇聚节点。本专利技术还提供了一种无线传感器网络双簇头通信装置，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：网络初始化单元，用于初始化传感器网络；第一簇头选举单元，用于根据HEED算法划分簇区并在各个簇区中选举出的第一簇头节点；第二簇头选举单元，用于在簇区中根据LEACH算法在各个簇区中选举出第二簇头节点；簇区初始化单元，用于初始化双簇头的簇区；动态选择簇头单元，用于动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信。本公开的有益效果为：本专利技术提供一种无线传感器网络双簇头通信方法及装置，在HEED算法和LEACH算法分别选举出簇头的情况下，分别进行比较其传输效率，动态选择簇区中的可选簇头进行网络传输，延长了网络整体的寿命。在物理位置和逻辑位置的角度取得了传输平衡，提高了网络的传输效率，改善了簇头节点的使用寿命和路由路径的选择。附图说明通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：图1所示为一种无线传感器网络双簇头通信方法的流程图；图2所示为一种无线传感器网络双簇头通信装置图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示为根据本公开的一种无线传感器网络双簇头通信方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种无线传感器网络双簇头通信方法。本公开提出一种无线传感器网络双簇头通信方法，具体包括以下步骤：步骤1，初始化传感器网络；步骤2，根据HEED算法划分簇区并在各个簇区中选举出的第一簇头节点；步骤3，在簇区中根据LEACH算法在各个簇区中选举出第二簇头节点；步骤4，初始化双簇头的簇区；步骤5，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信。进一步地，在步骤1中，初始化传感器网络的方法为，在监测区域内随机部署N个具有相同初始能量、ID编号从0～N的普通节点，汇聚节点部署在网络边缘的随机一个点。进一步地，在步骤2或步骤3中，根据HEED算法或根据LEACH算法为，根据HEED算法进行分簇后并在每个簇区中选举簇头节点，根据LEACH算法在每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，初始化传感器网络；步骤2，根据HEED算法划分簇区并在各个簇区中选举出的第一簇头节点；步骤3，在簇区中根据LEACH算法在各个簇区中选举出第二簇头节点；步骤4，初始化双簇头的簇区；步骤5，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，初始化传感器网络；步骤2，根据HEED算法划分簇区并在各个簇区中选举出的第一簇头节点；步骤3，在簇区中根据LEACH算法在各个簇区中选举出第二簇头节点；步骤4，初始化双簇头的簇区；步骤5，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信。2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，在步骤1中，初始化传感器网络的方法为，在监测区域内随机部署N个具有相同初始能量、ID编号从0～N的普通节点，汇聚节点部署在网络边缘的随机一个点。3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，在步骤2或步骤3中，根据HEED算法或根据LEACH算法为，根据HEED算法进行分簇后并在每个簇区中选举簇头节点，根据LEACH算法在每个簇区中选举簇头节点并不重新划分簇区。4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，在步骤4中，初始化双簇头的簇区的方法为，首先，源节点以广播的形式向周围簇头节点和汇聚节点发送信息，设源节点直传到汇聚节点的时刻为T1，源节点根据周围簇头节点的ID序列号，按从小到大将其排序，确定簇头节点转发信息的顺序，δ为人为设定的传播时间间隔，默认为500毫秒，为避免多簇头节点同传到汇聚节点时相互干扰阻塞信道，采用分时传输的方法，第一簇头节点接收到源节点信息后经过δ时间间隔，向汇聚节点发送信息；第二簇头节点接收到源节点信息后经过2δ间隔后，向汇聚节点发送信息，源节点经过3δ间隔后，直接向汇聚节点发送信息，各节点按顺序向汇聚节点发送。5.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络双簇头通信方法，其特征在于，在步骤5中，动态选择簇头节点与汇聚节点进行通信的方法为，假设第一簇头节点、第二簇头节点、源节点的信息到达汇聚节点的时刻分别为T21，T22，T23，各个簇头节点信息到...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟刚，邹穗萍，霍颖瑜，周灌行，
申请(专利权)人：广东理致技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44