基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法和系统，缓解簇头负载过重的问题；该方法包括初始阶段、簇建立阶段、重心簇头选举与多跳路由形成阶段、数据传输阶段。在簇建立阶段，考虑节点剩余能量，利用聚类算法将整个网络区域的节点划分为若干个簇，在各分簇中选举簇头节点；根据重心法从簇头节点中选取重心簇头节点，将其余簇头节点分区后，根据到重心簇头节点距离形成左分区优化多跳路由和右分区优化多跳路由；簇内节点发送数据到簇头节点，簇头节点经多跳路由向重心簇头节点发送数据，重心簇头融合所有数据后发送至汇聚节点。该系统包括汇聚节点及由上述方法选出的簇头节点和重心簇头节点。

【技术实现步骤摘要】
基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法和系统
本专利技术属于无线传感网络技术，具体涉及一种基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法和系统。
技术介绍
无线传感器网络广泛应用于军事国防、环境监测、医疗健康、农业监控、交通监管、民生服务等领域。无线传感器网络由大量部署于监测区域内的传感器节点组成，各节点通过无线通信方式形成一个自组织的网络。各传感器节点能感知监测对象的信息，收集相关数据，发送至汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送至用户端，从而实现对目标区域的监控。传感器节点的能量十分有限，一般部署在环境恶劣、无人值守的区域，节点一旦部署后就不再更换或补充能量，因此，无线传感器网络的设计首要考虑能量合理利用和网络能量消耗均衡问题。根据文献可知，分层路由协议可以更好地节省网络能量消耗，延长网络的生命周期。在分层路由协议中，节点分为簇内节点和簇头节点，簇内节点用于感知数据，簇头节点用于收集簇内节点的数据，经数据融合后转发到汇聚节点。经典的分层路由协议是LEACH协议。在LEACH协议中，随机选取簇头节点，没有考虑节点的剩余能量，当节点能量较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在无线传感器网络中设置有汇聚节点和若干相互独立的分簇；所述分簇包括一簇头节点和若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点分散布局以监测所在区域内的信息，并将采集数据发送至该分簇的簇头节点；/n基于重心法，在众分簇的簇头节点中选择出重心簇头节点；所述重心簇头节点与汇聚节点连接通讯，其将各簇头节点向其发送的数据融合后向汇聚节点发送；所述簇头节点经多跳路由向重心簇头节点发送数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：
在无线传感器网络中设置有汇聚节点和若干相互独立的分簇；所述分簇包括一簇头节点和若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点分散布局以监测所在区域内的信息，并将采集数据发送至该分簇的簇头节点；
基于重心法，在众分簇的簇头节点中选择出重心簇头节点；所述重心簇头节点与汇聚节点连接通讯，其将各簇头节点向其发送的数据融合后向汇聚节点发送；所述簇头节点经多跳路由向重心簇头节点发送数据。


2.根据权利要求1所述的基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于，包括簇头节点选择步骤：
所有存活的无线传感器节点发送其位置信息和能量水平到汇聚节点，汇聚节点计算出所有存活的无线传感器节点的平均能量值；如若无线传感器节点剩余能量大于平均能量值，则其成为候选簇头节点；否则，在此轮中不当选为簇头；
由列为候选簇头节点的无线传感器节点分别产生[0,1]的随机数，当随机数小于阈值T’(n)且在前面1/p轮中未当选过簇头的，则在此轮中选举为簇头节点；其中，p为候选簇头节点所占比例；
由LEACH协议的最优簇头数量计算公式确定网络中簇头节点的最优个数，即作为网络的最优分簇数量kopt。


3.根据权利要求2所述的基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于：在所述簇头节点选择步骤中，阈值T’(n)由公式(1)计算获得；



p为候选簇头节点所占比例，r为当前轮次，Ei为节点剩余能量，Eaver为所有存活节点的能量平均值，G为最近1/p轮未当选过簇头节点的无线传感器节点集合。


4.根据权利要求2所述的基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于：在所述簇头节点选择步骤中，最优分簇数量kopt由公式(2)计算获得；



N为网络中无线传感器节点的总数，εfs为自由空间传播模型的发射能耗系数，εmp为多路径衰减传播模型的发射能耗系数，M为正方形区域的边长，dtoBS为簇头节点到汇聚节点的距离期望值。


5.根据权利要求1所述的基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于，包括在众分簇的簇头节点中选择出重心簇头节点的步骤：
计算重心值；
根据重心值公式计算在此轮中选举出来k个簇头节点的重心值Wi(i＝1，2，…，k)，重心值Wi由公式(3)计算获得；



Ei为簇头节点的剩余能量，E0为簇头节点的初始能量，NEAR为离汇聚节点最近的无线传感器节点，dNEARtoBS为NEAR到汇聚节点的距离，dCHtoBS为各簇头节点到汇聚节点的距离，dMINtoNEAR为所有簇头节点到NEAR距离的最小值，dCHtoNEAR为各簇头节点到NEAR的距离；
选出重心簇头节点；
从Wi(i＝1，2，…，k)中找出最大值Wmax；重心值为最大值Wmax的簇头节点，在此轮中当选为重心簇头CHweight。


6.根据权利要求5所述的基于重心法的无线传感器网络多跳分簇方法，其特征在于，包括形成到重点簇头节点的多跳路由的步骤，其中包括：
分区步骤；
以重心簇头节点到...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍敏君，
申请(专利权)人：中山火炬职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44