一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，包括步骤1，节点间相互发送测试数据包以计算节点间通信能效值，并建立邻域节点信息表；步骤2，全网选取具有最大邻域节点通信能效值之和的节点作为簇头节点；步骤3，簇头节点对邻域节点设置衰减系数后进入休眠状态，全网各节点重新计算邻域节点通信效能之和，并返回执行步骤2，直到获得预设数量的簇头节点；步骤4，各非簇头节点根据簇头信息表选择具有最高路径效能值的簇头节点作为自身簇头进行数据传输。本发明专利技术将自动选择出通信能效最高的节点作为全网簇头，并让各节点按照具有最高通信能效的路径与簇头节点间进行数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法
本专利技术属于物联网数据传输
，具体涉及一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法。
技术介绍
随着无线通信与传感技术的不断发展，各类物物互联的传感网络正逐步走入人们的日常生活。通过无线通信技术，传统用电设备与各类分布式发电装置可以实现灵活互联，并与基站交换监控数据。传统无线传感网络采用分簇路由算法进行数据传输，主要考虑了网络节点的剩余能量与数据传输成本等指标，以最大化网络生命周期为优化目标。然而，对于电力物联网，一些电力设备的监控数据具有较高的可靠性要求，需要有保障地进行数据传输；同时一部分节点直接与配电网相连，不存在节点能量有限的问题。如何综合考虑数据传输可靠性与传感网络生命周期，目前尚缺乏相关研究。传统分簇路由簇头选择算法尚不能较好地满足此类应用场景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，本专利技术综合考虑了节点间通信强度、节点剩余能量、节点间通信可靠性等性能，可以在保障数据传输可靠性的同时兼顾传感网络生命周期。本专利技术通过下述技术方案实现：一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，包括：步骤1，节点间相互发送测试数据包以计算节点间通信能效值，并建立邻域节点信息表；步骤2，全网选取具有最大邻域节点通信能效值之和的节点作为簇头节点，簇头节点将自身邻域节点参数表广播给全网，各非簇头节点将相关信息记录至簇头信息表；步骤3，簇头节点对邻域节点设置衰减系数后进入休眠状态，全网各节点重新计算邻域节点通信效能之和，并返回执行步骤2，直到获得预设数量的簇头节点；步骤4，各非簇头节点根据簇头信息表选择具有最高路径效能值的簇头节点作为自身簇头进行数据传输。优选的，本专利技术的步骤S1具体包括以下子步骤：步骤S11，各节点向邻域节点发送测试数据包；步骤S12，各节点根据接收到的测试数据包，计算并记录邻域节点参数表；所述邻域节点参数表包括各邻域节点的ID号、信号强度、剩余能量、电池容量；步骤S13，各节点根据邻域节点参数表计算邻域节点与该节点的通信能效函数值。优选的，本专利技术的步骤S11的测试数据包中包括节点ID、节点型号、发送信号能量等级、剩余能量、电池容量、测试数据。优选的，本专利技术的步骤S13通过下式计算通信能效函数值：fV(i,j)＝α1V1(i,j)+α2V2(i,j)+…+αkVk(i,j)αx,Vx(i,j)∈[0,1](1)式中，fV(i,j)表示节点i的邻域节点j的通信能效函数；Vx(i,j)(x＝1,2,…,k)分别表示节点j到节点i的各能效指标；αx(x＝1,2,…,k)为对应能效指标的权值。优选的，本专利技术的步骤S2具体包括以下子步骤：步骤S21，各节点计算所有邻域节点的通信能效函数值之和，记为F；步骤S22，各节点默认将自身作为簇头节点，并向邻域节点广播自身ID和F值，记为(IDself,Fself)，若节点接收到来自其他节点的(IDother,Fother)，且满足Fother>Fself，则将IDother节点设为簇头节点，并保存(IDother,Fother)信息，随后向邻域节点广播(IDother,Fother)；步骤S23，所有节点广播结束后，全网将F值最大的节点作为簇头节点，记为(IDmax,Fmax)；步骤S24，簇头节点将自身邻域节点参数表广播至全网节点，各非簇头节点将相关信息记录进簇头信息表中。优选的，本专利技术的簇头信息表包括迭代次数、簇头ID、簇头F值、传输路径g，路径能效fpath；其中，传输路径g表示该节点与簇头通信时所经历的路径；路径能效fpath为该节点向簇头传输数据时，所有通信路径上的通信能效函数值之积。优选的，本专利技术的步骤3具体包括以下子步骤：步骤S31，更新簇头数量n＝n－1；步骤S32，判断更新后的n是否大于零，如果是则继续执行步骤S33，否则执行步骤S4；步骤S33，簇头节点将所记录的所有邻域节点按照通信能效函数值降序排列，记为fV(ID-1)，fV(ID-2)，……，fV(ID-m)，并按1,β,β2,……,β(m-1)的数列将对应衰减系数发送给相应邻域节点；随后簇头节点进入休眠模式，不再发送任何信息；其中，m表示簇头节点的邻域节点数量，β表示衰减指数；步骤S34，簇头节点的所有邻域节点根据接收到的衰减系数更新自身F值；步骤S35，当m个节点更新自身F值后，返回执行步骤S2，开始下一个簇头节点的选择。优选的，本专利技术的步骤S34通过下式更新自身F值：Fnew(ID-1)＝(1-1)F(ID-1)；Fnew(ID-2)＝(1-β)F(ID-2)；Fnew(ID-3)＝(1-β2)F(ID-3)；……Fnew(ID-m)＝(1-βm-1)F(ID-m)；(2)式中，F(ID-1)，F(ID-2)，……，F(ID-m)分别对应fV(ID-1)，fV(ID-2)，……，fV(ID-m)的初始F值；Fnew(ID-1)，Fnew(ID-2)，……，Fnew(ID-m)分别对应fV(ID-1)，fV(ID-2)，……，fV(ID-m)的更新F值。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术综合考虑了物联网中节点间通信强度、节点剩余能量、节点间通信可靠性等性能，并统一以通信能效函数值衡量。2、本专利技术仅需在初始状态下设定协议相关参数并广播给全网节点，不需要单独对物联网中各节点进行协议参数的人工配置。3、本专利技术将自动选择出通信能效最高的节点作为全网簇头，并让各节点按照具有最高通信能效的路径与簇头节点间进行数据传输。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为本专利技术的传感网络结构示意图。其中虚线代表了节点之间具有可用的无线通信信道。图3为图2所示传感网络中各节点间通信效能函数计算示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例本实施例提出了一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法。本实施例的方法主要由四个阶段组成：(1)节点间通信测试阶段，该阶段中节点间相互发送测试数据包以计算节点间通信能效值，并建立邻域节点信息表；(2)簇头节点竞争阶段，全网选取具有最大邻域节点通信能效值之和的节点作为簇头节点，簇头节点将自身邻域节点参数表广播给全网；(3)算法迭代阶段，簇头节点对邻域节点设置衰减系数后进入休眠状态，全网各节点重新计算邻域节点通信能效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，包括：/n步骤1，节点间相互发送测试数据包以计算节点间通信能效值，并建立邻域节点信息表；/n步骤2，全网选取具有最大邻域节点通信能效值之和的节点作为簇头节点，簇头节点将自身邻域节点参数表广播给全网，各非簇头节点将相关信息记录至簇头信息表；/n步骤3，簇头节点对邻域节点设置衰减系数后进入休眠状态，全网各节点重新计算邻域节点通信效能之和，并返回执行步骤2，直到获得预设数量的簇头节点；/n步骤4，各非簇头节点根据簇头信息表选择具有最高路径效能值的簇头节点作为自身簇头进行数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，包括：
步骤1，节点间相互发送测试数据包以计算节点间通信能效值，并建立邻域节点信息表；
步骤2，全网选取具有最大邻域节点通信能效值之和的节点作为簇头节点，簇头节点将自身邻域节点参数表广播给全网，各非簇头节点将相关信息记录至簇头信息表；
步骤3，簇头节点对邻域节点设置衰减系数后进入休眠状态，全网各节点重新计算邻域节点通信效能之和，并返回执行步骤2，直到获得预设数量的簇头节点；
步骤4，各非簇头节点根据簇头信息表选择具有最高路径效能值的簇头节点作为自身簇头进行数据传输。


2.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下子步骤：
步骤S11，各节点向邻域节点发送测试数据包；
步骤S12，各节点根据接收到的测试数据包，计算并记录邻域节点参数表；所述邻域节点参数表包括各邻域节点的ID号、信号强度、剩余能量、电池容量；
步骤S13，各节点根据邻域节点参数表计算邻域节点与该节点的通信能效函数值。


3.根据权利要求2所述的一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，所述步骤S11的测试数据包中包括节点ID、节点型号、发送信号能量等级、剩余能量、电池容量、测试数据。


4.根据权利要求2所述的一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，所述步骤S13通过下式计算通信能效函数值：
fV(i,j)＝α1V1(i,j)+α2V2(i,j)+…+αkVk(i,j)αx,Vx(i,j)∈[0,1]
式中，fV(i,j)表示节点i的邻域节点j的通信能效函数；Vx(i,j)(x＝1,2,…,k)分别表示节点j到节点i的各能效指标；αx(x＝1,2,…,k)为对应能效指标的权值。


5.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的无线传感分簇路由簇头选择方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
步骤S21，各节点计算所有邻域节点的通信能效函数值之和，记为F；
步骤S22，各节点默认将自身作为簇头节点，并向邻域节点广播自身ID和F值，记为(IDself,Fself)，若节点接收到来自其他节点的(IDother,Fother)，且满足Fother>Fself，则将IDo...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一鸣，杨宇玄，高栋梁，姚实颖，罗劲瑭，马天男，芶继军，张全明，乔云池，胥威汀，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51