的一样， 我们将不同算法第一个终端死亡的时隙编号和剩余能量总结成下表：
[0042] 由表中数据我们可W直观的看出动态按比分簇时隙路由较LEACH算法极大的提升 了网络寿命并平均了网络能量。
[0043] 通过动态分簇的理念，可W避免网络因部分节点损坏而造成的子节点信息无法传 送的情况，极大的提高了网络的稳定性。
[0044] 【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中每层最优簇 头数目C出具体为：
[0046]其中，C出表示第i个分层下最优簇头数目，m表示第i个分层下采集终端的数目；K 为最优簇头数，N为区域内总结点数，I含i含M。其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。 [0047]【具体实施方式】=:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:最优簇头数K公式 如下：
[0049] 式中，不包括汇聚节点，S为节点所在区域的面积；Emp和Efs为衰落空间功率放大系 数，下标mp为多径衰落功率放大系数，f S为自由空间功率放大系数，d。为通信半径，理论上 等于Ewrx为发送或接收化it数据消耗的能量，tx为发送，rx为接收。其它步骤及 参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0050] 【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至=之一不同的是：步骤=中计 算能量距离比Rate具体为：
[0052] 其中，distance表示步骤一中划分的层数中的第i层内采集终端到集中器的距离， Eo表示采集终端的初始能量，EpDint表示采集终端在使用中的剩余能量；由此公式
在进行簇头选择时将选取距离distance更近，剩余能量Epoint更多的 采集终端。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至=之一相同。
【具体实施方式】 [0053] 五:本实施方式与一至四之一不同的是:Epoint = Eo-E, 其中，E为采集终端都在此信道进行发送抄表数据所消耗的能量。其它步骤及参数与具体实 施方式一至四之一相同。
[0054] 【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:采集终端都 在此信道进行发送抄表数据所消耗的能量为E具体为：
[0056] 式中：E为采集终端消耗的能量，L为发送数据包的长度，单位为bit, P为数据压缩 率，d为传输距离；
[0057] 通过公式我们知道当传输距离超过通信半径后消耗能量会急剧增长，因而对于到 集中器距离远近不一的抄表网络而言，按照d。划分不同的层，保证层与层之间的采集终端 是W小于d。的通信距离进行传输的，就可W降低距离远的采集终端在传输中所消耗的能 量。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0058] 采用W下实施例验证本发明的有益效果：
[0059] 实施例一：
[0060] 本实施例一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，具体是按照W下 步骤制备的：
[0061] 本发明旨在针对目前能量受限、传输距离受限、成本受限、位置固定不变的无线抄 表网络提出一种随时动态的分簇时隙路由建立方法，平均网络各节点能耗，延长网络整体 寿命，提高网络整体吞吐量，更符合抄表网络的应用特点和绿色能源的需求。
[0062]为了验证新簇头选取法则的效果，我利用matlab进行了测试，设定仿真参数如下 表所示：
[0064] 在最后得到区域内分层与簇节点模型如下图1所示：
[0065] 图化下角的叉形为集中器，在运个200X200的区域内，我们划分为立个层，第i层 所属范围是（i-l)d〇<d< id。。通过计算每个区域内最优簇头数我们在S层内按照Rate分别 产生了 1、6、8个簇头，簇头间多跳传输，采集终端则W星形组网的方式加入簇头。
[0066] 当3000个时隙全部结束W后，我们可W对存活节点数目和剩余能量变化进行绘 图，对比不进行优化的LEACH算法、仅划分远近簇区的LEACH算法、使用Rate比率多跳的路由 算法和加入演进的Rate比率多跳算法的能量耗散情况，我们得到如下图2和图3所示的仿真 曲线：
[0067] 在抄表网络中，采集终端的电池更换是需要人力解决的，考虑到人力资源成本的 问题，我们更希望采集终端的电量是平均的，即当一个节点因为电量耗尽需要更换时，此时 网络中其他节点剩余能量也即将到达枯竭，需要重新更换能源，正如图2中所表现的一样， 我们将不同算法第一个终端死亡的时隙编号和剩余能量总结成下表：
[006引
[0069] 由表中数据我们可W直观的看出动态按比分簇时隙路由较LEACH算法极大的提升 了网络寿命并平均了网络能量。
[0070] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但运些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征在于一种面向抄表网 络的动态按比分簇时隙路由建立方法具体是按照W下步骤进行的： 步骤一、设集中器广播信号区域、集中器的位置坐标和抄表时间为t时刻，根据集中器 的各采集终端通过接收到的RSSI值确定各采集终端距离集中器的距离，将各采集终端距离 集中器的距离分层并确定分层数M;其中，集中器为全网广播； 步骤二、根据步骤一确定的分层数M确定集中器在每层下的采集终端的数目，得到每层 最优簇头数目CHi; 步骤=、在步骤一中划分的层数中的第i层内，利用集中器依据距离能量比的公式计算 能量距离比Rate,对采集终端Rate值进行升序排列，选出升序排列的前C出个簇头即最优组 合化 1,1<|1 = 1，2，...，1，4=1，2，...，(：出};其中^为1~(：出； 步骤四、利用集中器向步骤S确定的最优组合化i,k|i = l，2,…，M，k=l，2,…，邸1}下发 数据时隙表和数据信道表;其中，数据信道表为对不同的簇头分配不同的信道，所有在此簇 区内的采集终端在信道发送抄表数据； 步骤五、在C出个簇头中，采集终端根据步骤四的下发数据时隙表和数据信道表向与采 集终端距离最近的簇头发送数据;其中，发送数据为采集终端采集的抄表数据； 步骤六、与步骤五中采集终端距离最近的簇头将接收的数据转化为簇节点信息发送给 集中器； 步骤屯，令i = 1时，执行步骤=到六， 当i+1时，若i+KM执行步骤=至五，在分层数M中的第i+1层内，簇头出+i,k将接收采集终 端的发送的数据转化为簇节点信息发送给分层数M中的第i层中距离簇头出+i,k最近的簇头 出,k;若i=M执行停止； 步骤八、若步骤屯中出,k不为Hi,k时，进入步骤九，若步骤屯中簇头出,k为出,k时，簇头出,k 将接收的簇节点信息发送给集中器； 步骤九、簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为簇节点信息发送给i-1层中距离 簇头出,k最近的簇头W此类推直到簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为簇节 点信息发送给第一层中距离簇头此,k最近的簇头化,k为止，簇头出,k将接收的簇节点信息发 送给集中器； 步骤十、当集中器广播信号区域中的采集终端未损坏时，当抄表时间为t+1时刻时，排 除集中器广播信号区域每层中最优簇头出,k，在集中器广播信号区域剩余的采集终端中选 出Rate值升序排列的前C出个簇头，重复上述步骤S到九实现集中器接收簇节点信息。2. 根据权利要求1所述一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征 在于:步骤二中每层最优簇头数目C出具体为：其中，C出表示第i个分层下最优簇头数目，m表示第i个分层下采集终端的数目；K为最 优簇头数，N为区域内总结点数，1 < i <M。3. 根据权利要求2所述一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征 在于:最优簇头数K公式如下：式中，S为节点所在区域的面积；Emp和化为衰落空间功率放大系数，下标mp为多径衰落 功率放大系数，f S为自由空间功率放大系数，山为通信半径，理论上等于,,、/f,,,, >EWrx为 发送或接收化it数据消耗的能量，tx为发送，rx为接收。4. 根据权利要求3所述一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征 在于:步骤S中计算能量距离比Rate具体为：其中，distance表示步骤一中划分的层数中的第i层内采集终端到集中器的距离，Eo表 示采集终端的初始能量，EpDint表示采集终端在使用中的剩余能量。5. 根据权利要求4所述一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征 在于:Epoint = Eo-E,其中，E为采集终端都在此信道进行发送抄表数据所消耗的能量。6. 根据权利要求5所述一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，其特征 在于:采集终端都在此信道进行发送抄表数据所消耗的能量为E具体为： !'Jl 乂 + 乂 !乂 化过。 A X _/)x + f,; X A X 'd<'d。. 式中：E为采集终端消耗的能量，L为发送数据包的长度，单位为bit, P为数据压缩率，d 为传输距离。
【专利摘要】一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法，本发明涉及分簇时隙路由建立方法。本发明是要解决解决树状组网路由采集终端的数据传输，不具备较好的稳定性以及造成网络各终端耗电量的不平均的问题，而提出的一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法。该方法是通过一、确定分层数M；二、得到每层最优簇头数目；三、选出最优组合{Hi,k|i＝1,2,…,M,k＝1,2,…,CHi}；四、下发时隙表和信道表；五、向与采集终端距离最近的簇头发送数据；六、将接收的数据转化为簇节点信息发送给集中器；十、当集中器广播信号区域中的采集终端未损坏时，在集中器广播信号区域剩余的采集终端中选择Rate值最小的CHi个簇头，重复上述步骤等步骤实现的。本发明应用于分簇时隙路由建立领域。
【IPC分类】H04W84/18, H04W40/02, H04W40/10
【公开号】CN105517090
【申请号】CN201510845341
【发明人】孟维晓, 李毅, 韩帅, 邹博阳
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月26日