一种基于能耗的leach轮换时间动态调整方案的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于LEACH协议的轮换时间动态调整方案，属于无线传感器网络【技术领域】。该方案包括如下内容：簇形成后，簇头节点收集簇内所有成员节点的位置和剩余能量信息，并将信息融合后向基站回报；基站根据各簇的信息，评选出最大簇，并根据最大簇的剩余能量调整该轮的持续时间以及其它簇的数据传输时间。LEACH协议中应用本发明提出的基于能耗的LEACH协议的轮换时间动态调整方案，可以有效优化选簇周期、平衡节点间能量消耗、延长网络生存周期。
【专利说明】-种基于能耗的LEACH轮换时间动态调整方案
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于能耗的Leach轮换时间动态调整方案，属于无线传感器网络
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 延长网络的生命周期是一个无线传感网络中重要的问题。很多学者也提出了很多 高效节能的协议来延长无线传感网络的生命周期。目前，通过网络分簇来实现能量的均衡 以此实现延长网络生命周期是研究的热点方向。LEACH算法是由Heinzelman等人提出的最 流行的基于分簇的高效节能的通信协议，协议通过对节点进行分簇并将能量均衡负载到各 个簇中来降低网络中总能量的消耗。为了确保能量的均衡消耗，LEACH周期性的在所有节 点中随机选择节点来充当簇头。LEACH协议是以"轮"来实现的。每一轮包括：建立阶段和 稳定运行阶段。建立阶段要完成簇头节点的选择、簇头节点的广播、非簇头节点的加入的簇 形成过程以及簇头节点为簇内成员分配TDMA时隙的TDMA调度过程；在稳定运行阶段，簇头 接受来自其成员的消息并将聚合后的数据发送到基站。然而，LEACH的许多参数可以影响 协议的性能，这些参数都有待优化，如，阀值，簇的数目等等。因此，许多学者都致力于优化 LEACH的参数来提高LEACH的性能。尽管很多人对LEACH做了不同的优化，但是LEACH每 一轮持续的时间却很少有人研究。每一轮持续时间的长短对于网络的整个性能是很关键 的。如果时间太长，那么簇头就长时间的处于活跃状态，簇头节点的能量就会很快的消耗完 毕；如果时间太短，簇头的选择过于频繁导致过多的能量浪费在簇建立阶段，因为这一阶段 是不会发送数据的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺陷，提出了一种基于能耗的Leach轮 换时间动态优化算法。
[0004] 本发明的思想是根据簇内节点数量和能量消耗的不同，动态的调整每轮的持续时 间，以此来优化LEACH的选簇周期、平衡节点间的能量消耗、延长网络的生存周期。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 一种基于能耗的LEACH协议的轮换时间动态调整方案，包括以下内容：
[0007](一）网内各节点具备感知自己位置和剩余能量的能力；
[0008] (二）簇形成后，簇头节点收集簇内所有成员节点的位置和剩余能量信息；
[0009] (三）簇头节点向基站报告簇内所有成员节点的剩余能量或剩余总能量和节点数 信息；
[0010](四）基站根据收集到的所有簇信息，按照节点数和剩余总能量由大到小对簇排 序，并将排在首位的簇选为最大簇，记最大簇的簇号为j ; toon](五）基站根据最大簇的剩余总能量使用下式动态调整最大簇的本轮持续时间：
[0012]
【权利要求】
1. 一种基于LEACH协议的轮换时间动态调整方案，其特征在于，包括以下内容： (一） 网内各节点具备感知自己位置和剩余能量的能力； (二） 簇形成后，簇头节点收集簇内所有成员节点的位置和剩余能量信息； (三） 簇头节点向基站报告簇内所有成员节点的剩余能量或剩余总能量和节点数信 息； (四） 基站根据收集到的所有簇信息，按照节点数和剩余总能量由大到小对簇排序，并 将排在首位的簇选为最大簇，记最大簇的簇号为j ; (五） 基站根据最大簇的剩余总能量使用下式动态调整最大簇的本轮持续时间：
其中，t_d为基准轮时间，& 为簇j在本轮的持续时间，为簇j的剩余总能 量，Ej_init为簇j的初始总能量； 使用下式动态调整其它簇在本轮的数据传输时间： k =1
其中，h _d为簇i在本轮的数据传输时间，& 为簇j在本轮的持续时间，Ei 为簇i的剩余总能量，Ei_init为簇i的初始总能量，为簇i包含的节点数，rij为簇j包含 的节点数，E ele。表示传播一比特数据所消耗的能量，EDA表示聚合一比特数据所需能量，屯 toBS代表簇i的簇头节点到基站的距离，dk_toCH代表簇内成员节点k到簇头结点的距离，ε _ 表示当d >屯时射频放大器传输lbit单位平方米的平方所耗的能量，屯为预先假定的阀 值距离，ε fs表示当d <屯时射频放大器传输lb it单位平方米所耗的能量； (六） 基站将ti r_d和tj r_d发回各簇的簇头节点； (七） 最大簇的簇头节点在tu_d时间内为簇内各成员节点分配数据传输时隙，其它 簇的簇头节点在ti Mund时间内为簇内各成员节点分配数据传输时隙； (八） 各簇内成员节点在簇头节点为其分配的时隙内向簇头传输数据，簇头节点对接 收到的数据进行数据融合后再将信息传送给基站； (九） 各簇i在经过h round时间后，休眠 tj-round ^i_round 时间后被唤醒，此后全网进入新 一轮的簇建立和稳定运行阶段，簇形成后从步骤（二）重新开始新一轮的轮时间动态调整 和稳定运行过程。
【文档编号】H04W40/10GK104093184SQ201410320566
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】礼欣, 李遵光, 张鸿雁, 樊秀梅 申请人:北京理工大学