一种非均匀分簇多跳能耗均衡性无线测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及水产养殖中溶解氧浓度的测量领域，尤其是一种非均匀分簇多跳 能耗均衡性无线测量装置。
【背景技术】
[0002] 为了延长无线传感网络的有效生命周期，一般采用低功耗自适应分群分层协议 (low energy adaptive clustering hierarchy,LEACH) oLEACH协议中所有节点轮流充当 簇首，簇首把本簇内其他节点测量数据融合后W单跳方式发送给基站。当测量范围较近时 (簇首与基站通信距离小于
efs为自由空间传输参数，emp为多路径衰减传输参数， do表示无线通信距离），采用Friss自由空间模型（Friss Free Space Model),传播能量损 失与do2成正比；当测量范围广时(大于do)，信道采用多路径损耗模型，传播能量损失与do4成 正比。远距离通信的簇首能耗远远大于近距离通信簇首能耗，容易引起距离基站远的节点 提前死亡。并且测量网络节点一般采用裡电池供电，频繁单个更换测量节点裡电池使人力 成本浪费严重。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型要解决的技术问题是:提出一种非均匀分簇多跳能耗均衡性无线测量 装置，在低功耗自适应分群分层协议的无线测量网络中采用非均匀分簇，解决能耗不均匀 等问题，延长网络生命周期。
[0004] 本实用新型所采用的技术方案为：一种非均匀分簇多跳能耗均衡性无线测量装 置，包括微处理器;所述的微处理器包括A/D接口、FLASH接口 W及RF射频天线;所述的调理 电路的输出端与A/D接口相连接;微处理器通过RF射频天线传输数据;所述的调理电路与微 处理器由裡电池供电；所述的调理电路的输入端连接溶解氧传感器;所述的FLASH接口输入 端连接系统时钟电路;所述的溶解氧传感器输出的电压信号经过调理电路放大后输入微处 理器的A/D接口，微处理器读取信号并处理后在规定时隙内向簇首发送数据。
[0005] 本实用新型的目的是在水产养殖溶解氧浓度的无线测量中，通过对LEACH无线通 信协议中均匀分簇的优化，依据无线通信传输距离的远近，对远距离簇首向基站传送数据 采用多跳通信，促使各通信节点能耗更加均衡化，达到延长无线通信网络有效生命周期的 目的。
[0006] 本实用新型的有益效果是：
[0007] 1、通过非均匀分簇使远近距离簇首能耗更加均衡，避免了少数节点提前死亡，延 长了网络有效生命周期；
[000引2、通过对远距离簇首采取多跳路由向基站传送数据，避免了信道采用多路径损耗 模型(传播能量损失与do2成正比）；使所有节点通信都采用自由空间模型(传播能量损失与 do2成正比）。
【附图说明】
[0009] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0010] 图1是本实用新型测量节点结构原理框图；
[0011] 图2a)和b)是非均匀分簇单跳和多跳示意图。
【具体实施方式】
[0012] 现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。运些附图均为简 化的示意图，仅W示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关 的构成。
[0013] 系统结构如图1所示，水体溶解氧浓度传感器型号:YDC-100,输出电压信号经过调 理电路放大后输入微处理器CC2430的A/D输入端口，微处理器读取信号并处理后在规定时 隙内向簇首发送数据。测量节点通过裡电池 (CR1108)供电。CPU采用CC2430微处理器，无线 通信协议采用低能量自适应分群分层协议(LEACH)。
[0014] 在无线传感网络中功率损耗表示如下：
[001引其中Etx表示节点发送k比特数据功耗，Erx表示接收k比特数据功耗，Eelec(k)表示发 射化k特数据发射电路功耗，Eampk表示发射化k特数据时功率放大电路功耗，Eelec表示发射或 接收每比特数据发射和接收电路功耗，efs为自由空间传输参数，emp为多路径衰减传输参 数，do表示无线通信距离。在水产养殖溶解氧浓度测量中距离基站(采用固定电源供电）远 的簇首(距离大于do)向基站发送数据时的能耗远远大于靠近基站的簇首，在均匀分簇时， 不同簇首在簇内的能耗基本一致，但距离基站的远近通信能耗相差很大，远距离簇首容易 提前死亡。
[0019] 如图2所示，无线通信协议中采用非均匀分簇，距离基站近的簇内节点数量较少， 距离基站远的簇节点数量较多。为了避免远距离(大于do)簇首向基站发送数据采用多路径 损耗模型(能耗大），当簇2的簇首接受完簇内测量节点的发送数据并融合后，先向靠近基站 的簇1的簇首发送数据，簇1的簇首再将数据转发给基站。如果水产养殖池面积很大，可W采 用多次转发，保证通信距离小于do,采用自由空间模型（能耗小）。但如果采用均匀分簇，贝U 簇1的簇首能耗太大，易提前失效，为此采用非均匀分簇，如图2中簇1只有7个节点，簇2有9 个节点，簇1的节点相对较少，则簇首在簇内数据通信和数据融合的能耗也相应减少，弥补 了转发数据的损耗。达到了整个无线传感网络节点能耗的相对均衡。同时由于避免了多路 径损耗模型传送数据，整个无线通信网络的能耗也降低。
[0020] W上说明书中描述的只是本实用新型的【具体实施方式】，各种举例说明不对本实用 新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可W对W前所 述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。
【主权项】
1. 一种非均匀分簇多跳能耗均衡性无线测量装置，其特征在于:包括微处理器和调理 电路;所述的微处理器包括A/D接口、FLASH接口以及RF射频天线;所述的调理电路的输出端 与A/D接口相连接;微处理器通过RF射频天线传输数据;所述的调理电路与微处理器由锂电 池供电;所述的调理电路的输入端连接溶解氧传感器;所述的FLASH接口输入端连接系统时 钟电路;所述的溶解氧传感器输出的电压信号经过调理电路放大后输入微处理器的A/D接 口，微处理器读取信号并处理后在规定时隙内向簇首发送数据。
【专利摘要】本实用新型涉及一种非均匀分簇多跳能耗均衡性无线测量装置，采用非均匀分簇和多跳路由相结合的方法，距离基站较近的簇选取节点数目相对较少，使簇首在簇内通信消耗相对较少的能量，更多的能量转发远距离簇首的传送数据到基站。本实用新型的目的是在水产养殖溶解氧浓度的无线测量中，通过对LEACH无线通信协议中均匀分簇的优化，依据无线通信传输距离的远近，对远距离簇首向基站传送数据采用多跳通信，促使各通信节点能耗更加均衡化，达到延长无线通信网络有效生命周期的效果。
【IPC分类】H04W40/20, H04W84/18, G08C17/02, H04W40/10
【公开号】CN205283829
【申请号】CN201520932339
【发明人】蒋建明, 朱正伟, 范伟伟
【申请人】常州大学怀德学院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年11月19日