一种基于传输范围控制优化无线传感网络的拓扑控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于传输范围控制优化无线传感网络的拓扑控制方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤一、将传感器网络分层，每一层的宽度相同，形状为圆环,从中心开始对每层按照从小到大的顺序编号0，1，2，3，…，汇集节点位于网络中心，它的层号设置为0；

步骤二、计算每一层节点的平均能量消耗，找出最大能量消耗并以此分析各层节点的能量剩余；

步骤三、依据节点的剩余能量增加节点的发射功率，并根据保证节点通信质量且通信数据量最小的原则调整传输距离；

步骤四、依据传输距离确定节点的父节点所在层号，重新构建传感器网络数据收集路径。

2.根据权利要求1所述的基于传输范围控制优化无线传感器网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤一中将传感器网络分层的具体步骤为：首先，网络中的第0层只包含汇集节，第0层在网络拓扑图中视为一个点；然后，选定一个距离d，d的选取满足0＜d＜r的条件，其中r为节点的初始传输半径。最后，将整个网络划分成等宽的层，一共可以划分层(不计汇集节点)，然后将各层从网络中心开始编号0，1，2，…，

3.根据权利要求1所述的基于传输范围控制优化无线传感器网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤二中计算每一层节点的平均能量消耗的具体方法为：

首先，计算各层节点的发送和接收的平均数据量，如下式：

其中表示第i层节点的子节点个数，表示位于j层的每个子节点发送的平均数据量，p表示传输过程中的包接收率，δ表示为了达到可靠性要求需要的重传次数，f表示在节点使用的聚合函数，输入需要聚合的数据量可以得出聚合后的数据量；

然后，根据各层节点的发送和接收平均数据量计算各层节点的平均能量消耗，如下式：

其中，表示节点发送数据所用的功率，vsend表示节点发送数据的速度，表示节点接收数据所用的功率，vsend表示节点接收数据的速度；

步骤二中计算各层节点的剩余能量的方法如下式：

其中，emax为最大能量消耗。

4.根据权利要求1所述的基于传输范围控制优化无线传感器网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤三中依据节点的剩余能量增加节点的发射功率的具体方法，如下式：

其中，elimit为传感器节点可调传输功率的硬件上限。

步骤三中传输节点传输距离的调整的具体方法为：首先根据可调整的传输功率和要求保证的包接收率(发送节点的数据包完整到达目的节点的概率)算出传输距离，如下式：

rmax＝(10^{[pl(r)-pl(r0)]/10n})/r0

其中，n为路径损耗指数，pl(r0)为基准距离下的损耗值，r0为基准距离。

5.根据权利要求1所述的基于传输范围控制优化无线传感器网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤四中确定节点的父节点所在层号的具体方法如下式：

技术总结
本发明公开了一种基于传输范围控制优化无线传感网络的拓扑控制方法，该方法通过对固定传输范围的无线传感器网络中不同位置的节点的能量消耗进行分析，得出网络各个节点的能量剩余情况，并根据能量剩余情况增加传感器节点发射功率，以提高传感器节点的传输距离和传输可靠性。采用这样的方法后，周期性数据收集无线传感器网络中的数据收集路径可以由一条变为多条，且通过传输协议的调整，能够使多条路径同时传输。本发明的优化方法对比以往的方法，能够减少数据收集的时间并且提高数据传输的可靠性，寿命也有一定提高。经过理论分析证明，本发明数据收集的可靠性提高至少7.3％，数据收集的时间减少23％，网络寿命提高9％。

技术研发人员：滕浩钧;刘安丰;任莹莹;王飞虎;黄明凤
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2018.05.16
技术公布日：2019.11.26