专利名称：一种基于簇的动态地址分配方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络地址分配技术领域，涉及一种基于簇的动态地址分配方法。
背景技术：
无线传感器网络是大量由敏感元件构成的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户，在军事应用、环境监测等各种安全场合具有广泛的应用前景。在无线传感器网络中，节点能量通常是不可再生的，能量因此成为影响网络寿命的关键因素。研究表 明，与处理和传感过程相比，通信过程消耗了节点的绝大部分能量，而在无线传感器网络的通信开销中MAC地址往往占据了相当大的比例。因此，减少MAC地址长度、降低节点通信能耗，对延长节点以及整个网络的使用寿命都有十分重要的意义。目前在无线传感器网络地址分配问题上常见的方法有全局唯一地址分配方法、基于虚拟小区的地址分配方法、基于博弈模型的地址分配方法等。全局唯一的分配方法分配的地址长度较长，采用树型结构分配耗时较长；基于虚拟小区的方法对网络要求较为严格，需要每个小区只包含一个节点；基于博弈模型的方法由于节点自己进行博弈选择策略并随机选择地址，会发生地址冲突。
发明内容
本发明提供了一种基于簇的动态地址分配方法。能够在处理新节点加入或者死亡节点剔除时只在簇内进行，提高了网络的动态灵活性，解决通信过程中由于通信频率不同等带来的节点能耗不均，平衡网络节点能量，提高整个网络的寿命。本发明所采用的技术方案是，一种基于簇的动态地址分配方法，按照以下步骤实施第一步初始化①分簇以R'为边长，将边长为a的传感器网络划分为若干个正方形小区，每个小区内的节点为一个簇；其中，R' = 0. 7R，R为节点的通信半径；②每个节点i根据物理位置信息U' ,, y' J获得簇地址Ai
_ mod(x>40Rf
Ai = dec2bin(4yi + x)L ,,-
V ) I _ mod(%,)
_ _ Rf _其中，X' i，r i分别为节点i的横、纵坐标，mod为取余运算，U为向下取整运算，dec2bin为十进制转换为二进制，Ai为节点i的簇地址；
③在每个簇内，中心节点为簇内每个节点分配簇内地址Bi i)对于节点i，计算比例因子叫，直到簇内所有的％都计算出来；其中，Iii为节点i的一跳邻居节点个数,Ei (T)为节点i在当前时刻T的剩余能量；ii)簇内各节点按照Oi从大到小进行排序；iii)中心节点对其进行簇内地址的分配，其长度是从小到大的，S卩0，1，00，01，10,…；④通过“簇地址Ai+簇内地址B/’的形式进行拼接就成为节点的MAC地址；第二步地址更新地址更新是以簇为单位的，对每个簇，簇内每个节点都要进行如下步骤①簇内节点进行更新判断若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比达到O (0为更新阈值时)，该簇节点进行第②步；若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比未达到O ,该簇内节点地址不变；根据以下方法判断节点是否需要更新i)对于节点i，计算剩余能量比M=并判断是否有Ui < Utl，若是，进行
Am -1)
第ii)步；若否，对于i+i进行第i)步，其中，为剩余能量比阈值；ii)对于节点i，计算节点当前时刻的剩余能量Ei(T)并判断是否有E1 < Ei(T)< Eu，若是，进行第iii)步；若否，对于i+1进行第i)步，其中Eu、E1分别为剩余能量的上限阈值和下限阈值；iii)对于节点i，计算", =eE-(T) -(p0 -从> A(T1)-P并判断是否有Ui < 0，若是，发起更新请求；若否，对于i+1进行第i)步，其中，Ui表达式为构建的效用函数，a、^
为函数中的常数系数，并且有0<a
M0-Eu (3 = e 1②地址更新i)对于簇内节点i,计算吟=E (T)，直到簇内所有的wi都计算出来；ii)簇内各节点按照《 ,从大到小进行排序；iii)中心节点对其进行簇内地址Bi的重新分配，其长度是从小到大的，即0，1，00,01,10，…；iv) “簇地址Ai+簇内地址B/’拼接就成为节点更新后的MAC地址；每经过时间周期Ttl，都进行地址更新，即进行第二步的①、②小步，直到网络寿命终止。本发明的有益效果是在给传感器网络分簇的基础上，利用地址复用技术，完成簇地址的分配，并由簇内中心节点结合簇内各节点的剩余能量和通信概率，完成簇内地址的分配，避免了地址冲突，充分利用了地址空间，有效减少了地址的平均长度。此外通过基于效用函数的网络节点的自检，完成簇内节点的地址更新，平衡节点的剩余能量，延长网络寿命。同时在簇内完成网络新节点 的加入和死亡节点的剔除，提高了网络的动态性能。
图I是发起地址更新请求流程图；图2是网络分簇示意图；图3是效用函数特性曲线；图4是不同节点数目下平均地址长度的对比曲线；图5是不同网络规模下平均长度的对比曲线；图6是不同网络规模下通信损耗的对比曲线；图7是不同网络节点数目下网络寿命的对比曲线。
具体实施例方式下面结合附图和
具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明提供一种基于簇的动态地址分配方法，按照以下步骤实施第一步初始化①分簇以R'为边长，将边长为a的传感器网络划分为若干个正方形小区，每个小区内的节点为一个簇；其中，R' = 0. 7R，R为节点的通信半径；②每个节点i根据物理位置信息U' ,, y' J获得簇地址Ai
_ mod(x>40Rf
Ai = dec2bin(4yi + x)L ,,-
V ) I _ mod(%,)
_ _ Rf _其中，X' i’ y' i分别为节点i的横、纵坐标，mod为取余运算，L」为向下取整运算，dec2bin为十进制转换为二进制，Ai为节点i的簇地址；③在每个簇内，中心节点为簇内每个节点分配簇内地址Bi i)对于节点i，计算比例因子叫，直到簇内所有的％都一一计算得出；
其中Iii为节点i的一跳邻居节点个数，Ei(T)为节点i在当前时刻T的剩余能量；ii)簇内各节点按照Wi从大到小进行排序；iii)中心节点对其进行簇内地址的分配，其长度是从小到大的，即0，1，00，01，10,…；④通过“簇地址Ai+簇内地址B/’的形式进行拼接就成为节点的MAC地址；第二步地址更新地址更新是以簇为单位的，对每个簇，簇内每个节点都要如图I所示进行如下步骤的操作①簇内节点进行更新判断，
若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比达到σ时，σ为更新阈值，该簇节点进行第②步；若簇内发起更新请求的节点数目占簇内总结点的百分比未达到σ，该簇内节点地址不变；节点是否需要更新可如下进行判断i)对于节点i，计算剩余能量比
权利要求
1.一种基于簇的动态地址分配方法，其特征在于，按照以下步骤实施 第一步初始化 ①分簇以!^为边长，将边长为a的传感器网络划分为若干个正方形小区，每个小区内的节点为一个簇； 其中，R' = O. 7R，R为节点的通信半径； ②每个节点i根据物理位置信息(X'i，I' J获得簇地址Ai
全文摘要
本发明公开了一种基于簇的无线传感器网络动态地址分配方法，传感器节点的MAC地址由簇地址和簇内地址构成，首先通过簇合并构成簇地址复用区域以获得簇地址，然后为簇内各节点分配不等长的簇内地址；接着进行基于效用函数的地址更新，综合考虑各节点当前和历史耗能情况以决定簇内节点地址更新时机。本发明的方法能够减少节点的平均地址长度，避免地址冲突，有效降低了传输节点地址而导致的能量消耗，延长了网络寿命，具有较高的实用价值。
文档编号H04W8/26GK102647707SQ201210086940
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者惠鏸, 李琦, 王静 申请人:西安理工大学