一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方法
【專利摘要】本發明公開了一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方法，其特點是，在簇頭選舉時，采用概率迭代法，概率迭代公式不僅將節點剩余能量考慮在內，而且還引入了節點能耗速度因子節點度因子節點到匯聚節點的距離因子等因素，能夠在一定程度上改善最優簇頭選舉的機制，使簇頭選舉考慮的因素更加科學合理，更加全面，實現了簇頭節點均勻分布，可降低節點的能量消耗，延長網絡的生命周期，可廣泛適用于無線傳感器網絡。
【專利說明】一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線傳感器網絡【技術領域】，涉及一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方 法。

【背景技術】
[0002] 無線傳感器網絡生命周期最大化是無線傳感器網絡領域的研究熱點之一。無線傳 感器網絡的路由協議一般分為平面路由和分層路由，平面路由的特點是簡單易行、節點對 等、易于網絡擴展，但是其信息傳輸過程中會發生信息重疊、沖突、自爆等很多問題，造成網 絡嚴重的能量損耗，而且節點的路由表過大，難于維護、引起信息時延問題。分層路由通過 選舉一些節點做特定工作，如匯集普通節點數據、對數據融合壓縮、打包封裝、轉發數據包 等，實現簇頭節點和普通節點各司其職，達到優化能耗的目的。分層路由改善了平面路由協 議的多方面缺陷，節約了能量，因而更受到研究者的重視。經過多年的研究，分層路由進入 更加成熟的階段。經典的協議有：2000年，麻省理工學院的Wendi Rabiner Heinzelman等 學者設計的一種低功耗自適應聚類路由LEACH協議；2004年，Ossama Younis等人提出的混 合式能量高效分簇協議HEED。
[0003] LEACH作為第一個針對無線傳感器網絡的分層低功耗自適應分簇路由協議，首先 提出了成簇閾值的概念，閾值反映節點當選簇頭的概率，如果令簇內剩余的未當過簇頭的 節點的數目為A。每一輪參選爭當簇頭的節點，其成簇閾值反比于A。協議通過生成一個 (0, 1)的隨機數，與節點的成簇閾值比較，隨機數小于閾值，節點獲選為簇頭節點，并廣播當 選簇頭的消息。未當選簇頭的節點，等待接收簇首的廣播消息及時隙分配消息，最終選擇加 簇，在對應時隙，發送節點采集的數據信息給簇頭節點。簇頭節點在收到普通節點的加簇信 息后則負責為普通節點分配時隙，收集數據信息并融合數據，將數據打包封裝發送到匯聚 節點。協議為之后無線傳感器網絡的研究提供了多方面的建模思路。但是算法還是存在一 些不足，例如，簇頭選舉時閾值只與最近Rmod(N/k)輪未當選簇頭節點個數有關，即未當選 節點越多，參選爭當簇頭的節點閾值越小，反之越大，節點選舉并不考慮節點剩余能量，如 果節點能量較少時還要繼續充當簇頭，這樣就會造成節點過早死亡，從而導致網絡失效。另 外簇頭節點選擇是隨機的，很可能兩個相鄰節點落在彼此的簇半徑之內，造成能量的浪費。
[0004] HEED針對LEACH協議中簇頭節點分布不均的問題進行了改進，算法選簇根據主次 兩個因素，主因素為節點剩余能量，次因素為節點的簇內通信能耗，協議首先選出剩余能量 大的節點當選候選節點，再根據次因素在候選節點當中選擇保留能耗最小的點，節點不再 根據是否當選過簇頭來決定成簇閾值，而是改由節點剩余能量決定成簇閾值，使得剩余能 量大的節點優先當選為候選簇頭。雖然HEED算法提出了新的簇頭選擇概率，結合了 LEACH 隨機選簇的方法，但是算法選舉簇頭時考慮因素單一，一些重要的決定因素如節點到匯聚 節點距離、節點密度、節點的能耗速度等并未考慮，算法并不完善。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是，克服現有LEACH算法和HEED算法中簇頭選舉方法的不足，提供 一種科學合理，能夠改善最優簇頭選舉的機制，綜合考慮更多因素，更具有實用性的無線傳 感器網絡簇頭選舉新方法，能夠實現選舉的簇頭節點均勻分布，有效的降低節點的能量消 耗，延長網絡的生命周期，可廣泛適用于無線傳感器網絡。
[0006] 本發明的目的是由以下技術方案來實現的：一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方 法，其特征是，它包括：采用概率迭代算法選舉簇頭節點，在德1洗舉時不僅考慮節點剩余 能量，而且還引入了節點能耗速度因子

【權利要求】
1. 一種無線傳感器網絡簇頭選舉新方法，其特征是，它包括：采用概率迭代算法選 舉簇頭節點，在簇頭選舉時不僅考慮節點剩余能量，而且還引入了節點能耗速度因子
、節點度因 ?
節點到匯聚節點的距離因子等因素，簇 頭選舉概率用公式表示為：

其中，
表示簇頭優化比例，即簇頭數占總結點數的比例，α為選舉因素所占權 重，EMsidual表示節點剩余能量，Emax表示所有節點中最大的蓄能值，Dnfc表示節點度即節點周 圍鄰居節點個數，Nalive;表示當前存活的節點數目，E_sume;表示在第R輪中，節點能量的消耗，
代表網絡在第R輪中，平均消耗的能量，dtoSINK表示節點到匯聚節點距離，屯&^胃表 示所有節點到匯聚節點距離中的最大值，d toSINK_MIN表示所有節點到匯聚節點距離中的最小 值，Pmin表示節點設定的最小收斂概率，防止節點能量過低時收斂時間太長，此值是根據實 際情況設定的經驗值。
【文檔編號】H04W40/24GK104093188SQ201410342183
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】李建坡, 陳曉娟, 霍俊元, 曲朝陽, 李楠, 趙立權 申請人:東北電力大學