无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法技术

本发明专利技术无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，在无线传感器网络的节点在成簇前进行簇首节点初选时，使用了信息年龄AoI来丢弃新鲜度低的选举消息，然后以距离簇首节点若干跳为限制条件筛选出节点成簇，经过K轮数据发送/接收后，由于每个簇成员节点处理的数据量不尽相同，从而导致每个节点的剩余能量不等，其中，簇首节点的能耗最为严重，为了均衡所有节点的能量，每隔一段时间更新簇首节点，由当前簇首节点通过获取簇成员节点处理过的数据量，通过广播直接指派其中处理过的数据量最小的簇成员节点为新的簇首节点，从而不仅均衡了所有节点的能量，还能将簇首节点选举过程的能耗最小化，达到延长无线传感器网络寿命的目的。达到延长无线传感器网络寿命的目的。达到延长无线传感器网络寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法


[0001]本专利技术涉及无线传感器网络领域，尤其是基于信息年龄AoI(Age of Information)和能耗均衡的无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法。

技术介绍

[0002]受自给供电方式的限制，降低无线传感器节点的能耗对于延长节点寿命、维持网络拓扑和延长无线传感器网络寿命等方面起着非常重要的作用。无线传感器网络中，节点分布在不同的簇中。根据所起的作用，节点又可以分类为簇首节点和簇成员节点，其中，簇成员节点将收集到的数据转发给簇首节点，簇首节点对簇成员节点转发来的数据进行收集和融合处理后转发给基站。由于簇首节点需要对簇成员节点转发来的数据进行收集和融合处理后转发给基站，从而导致簇首节点的能量消耗是整个簇中最为严重的。因此，簇首节点的能耗均衡对于延长无线传感器网络寿命是至关重要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于信息年龄AoI和能耗均衡的无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，达到延长无线传感器网络寿命的目的，并且，通过考虑节点处理过的数据量来评估节点能耗，避免了使用复杂度过高的剩余能量评估方式在估算剩余能量过程中带来的能耗。
[0004]本专利技术无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，包括簇首节点的初选和成簇、数据处理阶段和指派新簇首节点几个步骤，具体为：
[0005]步骤10、簇首节点的初选和成簇
[0006]配置Election报文和每个节点内部的Source_ID_Hop表；
[0007]无线传感器网络节点成簇前进行簇首节点初选时，节点使用信息年龄AoI来丢弃新鲜度低的选举消息，以距离簇首节点若干跳数为限制条件筛选出簇成员节点成簇，即初始状态时，簇首节点的初选遵循最小ID地址优先的准则，通过比较无线传感器网络中周期性出现的Election报文中“Source Node ID”来确定簇首节点；
[0008]簇首节点广播SYN报文，进行簇信息宣告，收到该报文的节点自动加入该簇；
[0009]成簇后，簇中所有节点进入数据处理阶段；
[0010]步骤20、数据处理阶段
[0011]簇首节点每次在指派时隙时考虑每个簇成员节点已经发送/接收的数据量，并通过周期性发送TS_schedule调度报文对簇成员节点发送/接收数据的时间进行控制；
[0012]所述簇成员节点在簇首节点指派的时隙中进行发送/接收数据后，立即向簇首节点发送Data_Complete报文，然后进入休眠状态，在下一个TS_schedule调度报文到来前苏醒；
[0013]步骤30、指派新簇首节点
[0014]经过K轮的数据发送/接收后，当前簇首节点通过簇成员节点上报的Data_
complete报文，获取簇成员节点处理过的数据量，通过广播ClusterHeader_assign报文直接指派其中处理过的数据量最小的簇成员节点为新的簇首节点；新的簇首节点产生后，返回步骤2，马上广播TS_schedule调度报文进入新一轮的数据处理阶段。
[0015]所述若干跳数限定值为2跳。
[0016]所述Election报文至少包括：
[0017]该Election报文是否用于簇首节点的初次选举的标志位；
[0018]记录该Election报文被转发的次数的Hop count；
[0019]记录该Election报文发出的时间Timestamp；
[0020]记录该Election报文的生存时间Lifetime；
[0021]记录接收该Election报文的节点硬件地址Destination Node ID；
[0022]记录发送该Election报文节点device ID的Source Node ID；
[0023]记录转发该Election报文节点device ID的Forward Node ID；
[0024]记录发出该Election报文的节点已经处理过的数据量Data。
[0025]所述每个节点内部的Source ID Hop表至少包括：
[0026]用来记录来自“Hop count”为跳数限定值的其它节点发出的Election报文中的“Source Node ID”、“Forward Node ID”、该Election报文的被转发次数、以及节点自身的ID“Owner
’
s ID”，在记录“Source Node ID”时，按照“Hop count”升序的原则进行排队，若“Hop count”一样，则依据节点ID的大小按照升序的原则进行排队。
[0027]簇首节点的初选结束前，节点一直周期性发送/接收Election报文，若新收到的Election报文中“Source Node ID”大于Source ID Hop表中的最后一项，则丢弃该Election报文；反之，将该Election报文中的“Source Node ID”插入到Source ID Hop表中对应的位置，而表中的最后一项将被挤出。
[0028]所述节点使用信息年龄AoI来丢弃新鲜度低的选举消息，具体为：
[0029]进行簇首节点的初选之前，所有节点先进行时钟同步再开始发送Election报文进行簇首节点的初选；
[0030]每个节点收到Election报文时，首先根据发出的时间“Timestamp”和“Lifetime”判断该Election报文的信息年龄AoI的新鲜度，如果收到该Election报文时的本地时间与发出的时间“Timestamp”之差，即信息年龄AoI小于该Election报文中生存时间“Lifetime”，说明该Election报文的新鲜度高，进入下一步骤，否则就丢弃该Election报文。
[0031]所述SYN报文至少包括：
[0032]Cluster ID：为位，即对无线传感器网络中节点数量N进行以2为底的对数运算后向上取整；
[0033]记录簇首节点的device ID的ClusterHeader ID：；
[0034]用于分别记录簇成员节点1～i的device ID的Member ID1～Member ID
i
；
[0035]记录簇首节点已经处理过的数据量Data。
[0036]所述TS_schedule调度报文至少包括：
[0037]Cluster ID：为位，即对无线传感器网络中节点数量N进行以2为底的对数
运算后向上取整；
[0038]记录簇首节点的device ID的ClusterHeader ID；
[0039]分别记录簇成员1～i的device ID的Member ID1～Member ID
i
；
[0040]记录簇首节点分配给簇成员1～i的时隙号TS1～TS
i
。
[0041]所述Data_complete报文至少包括：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，其特征在于,包括簇首节点的初选和成簇、数据处理阶段和指派新簇首节点几个步骤，具体为：步骤10、簇首节点的初选和成簇配置Election报文和每个节点内部的Source_ID_Hop表；无线传感器网络节点成簇前进行簇首节点初选时，节点使用信息年龄AoI来丢弃新鲜度低的选举消息，以距离簇首节点若干跳数为限制条件筛选出簇成员节点成簇，即初始状态时，簇首节点的初选遵循最小ID地址优先的准则，通过比较无线传感器网络中周期性出现的Election报文中“Source Node ID”来确定簇首节点；簇首节点广播SYN报文，进行簇信息宣告，收到该报文的节点自动加入该簇；成簇后，簇中所有节点进入数据处理阶段；步骤20、数据处理阶段簇首节点每次在指派时隙时考虑每个簇成员节点已经发送/接收的数据量，并通过周期性发送TS_schedule调度报文对簇成员节点发送/接收数据的时间进行控制；所述簇成员节点在簇首节点指派的时隙中进行发送/接收数据后，立即向簇首节点发送Data_Complete报文，然后进入休眠状态，在下一个TS_schedule调度报文到来前苏醒；步骤30、指派新簇首节点经过K轮的数据发送/接收后，当前簇首节点通过簇成员节点上报的Data_complete报文，获取簇成员节点处理过的数据量，通过广播ClusterHeader_assign报文直接指派其中处理过的数据量最小的簇成员节点为新的簇首节点；新的簇首节点产生后，返回步骤2，马上广播TS_schedule调度报文进入新一轮的数据处理阶段。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，其特征在于：所述若干跳数限定值为2跳。3.根据权利要求1所述的无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，其特征在于所述Election报文至少包括：该Election报文是否用于簇首节点的初次选举的标志位；记录该Election报文被转发的次数的Hop count；记录该Election报文发出的时间Timestamp；记录该Election报文的生存时间Lifetime；记录接收该Election报文的节点硬件地址Destination Node ID；记录发送该Election报文节点device ID的Source Node ID；记录转发该Election报文节点device ID的Forward Node ID；记录发出该Election报文的节点已经处理过的数据量Data。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络均衡簇首节点能量的方法，其特征在于所述每个节点内部的Source ID Hop表至少包括：用来记录来自“Hop count”为跳数限定值的其它节点发出的Election报文中的“Source Node ID”、“Forward Node ID”、该Election报文的被转发次数、以及节点自身的ID“Owner
’
s ID”，在记录“...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆青松，傅健康，林雄生，
申请(专利权)人：广东科创智水科技有限公司，
类型：发明
国别省市：