专利名称：基于leach的无线传感器网络分簇方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络领域，涉及大规模无线传感器网络节点分簇过程中最优簇头选取的方法，适用于现有的不同应用场景的大规模无线传感器网络。
背景技术：
无线传感器网络是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式，人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，从而极大的扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。无线传感器网络涉及计算机、网络、通信、传感器等众多学科，已经成为目前IT领域中的研究热点之一。在无线传感器网络中，无线传感器节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由·协议需要高效利用能量，同时无线传感器网络节点数目往往很大，无线传感器节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。传感器网络具有很强大的应用相关性，不同应用中的路由协议可能差别很大，没有一个通用的路由协议。LEACH(Low-energy Adaptive Clustering Hierarchy)方法是一种自适应分族拓扑控制方法，将网络中的无线传感器节点划分为若干个簇，每个簇有一个簇头用来对簇内其它普通无线传感器节点进行管理和数据收集，簇头将接收到的簇内无线传感器节点的数据进行融合后发送到SINK节点。LEACH算法采取簇头轮换机制，能够保证各无线传感器节点等概率的担任簇头，将网络能耗平均分摊到每个无线传感器节点上，无线传感器节点能耗比较均匀；随机选取的簇头能够进行数据融合，减少网络中的数据通信量，减少能耗，从而延长了网络的生存周期。虽然LEACH方法大大推迟了无线传感器节点死亡的时间，但是LEACH方法仍然存在一定缺陷一方面，LEACH方法的簇头是随机选取的，导致簇头节点在数目上和网络中的不均匀分布。在簇头分布上，若簇头位置靠近簇的边缘，则导致簇内普通无线传感器节点与簇头通信总能量消耗较大；若簇头聚集分布在某一监测区域，则造成簇的大小不均匀，增加网络能耗。另一方面，LEACH方法在簇头选取上没有考虑无线传感器节点的剩余能量，它假设每个无线传感器节点的能量相同，这在实际情况中是不可能的。如果某个无线传感器节点的剩余能量比较小，而它又恰巧被选为簇头节点，由于簇头的能量消耗比较大，这样的簇头节点会提前死亡，该簇所收集的信息将不能传回SINK节点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，对用LEACH方法选取的随机簇头进行调整，选择其中的最优簇头作为最终簇头，以避免簇头的随机选取造成的无线传感器节点提前死亡，适用于不同的应用场景，减少网络能耗，提闻生存周期。实现本发明目的的技术方案包括如下步骤
(I)根据LEACH协议选取临时簇头
权利要求
1.一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，根据LEACH协议对无线传感器网络节点进行分簇，随机选取临时簇头，再依据应用场景对临时簇头进行调整选取最优簇头，将最优簇头作为最终簇头，所述分簇方法具体包括如下步骤(1)根据LEACH协议选取临时簇头
2.根据权利要求1所述的基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，其特征在于所述步骤(3)的判断选取的临时簇头的合理性并选取最终簇头的方法按如下步骤进行(2a)普通无线传感器节点向簇头发送JOIN信息时，JOIN信息会被本簇内的其他无线传感器节点侦听检测到，用参数Ni表示无线传感器节点i能够接收到本簇无线传感器节点 JOIN信息的个数，用N自表示临时簇头接收到入簇消息JOIN的个数，即本簇的普通无线传感器节点总个数，如果簇内存在无线传感器节点个数Ni ^ 要对临时簇头进行调整，其中，0.5 < β < I, β随着无线传感器网络的规模以及无线传感器节点的密度不同而改变； (2b)临时簇头以已=O. 5Pmax的功率向簇内无线传感器节点发送簇头竞争调整消息； 其中，参数匕表示临时簇头发送簇头竞争消息的功率，Pmax表示临时簇头与簇内最远无线传感器节点的通信功率，在无线传感器节点向临时簇头发送JOIN信息时Pmax能够测出；(2c)接收到簇头竞争调整消息的无线传感器节点启动定时器，定时时间与无线传感器节点的剩余能量信息和无线传感器节点接收其他无线传感器节点JOIN信息数有关，定时时间结束后无线传感器节点发送定时结束信息，其他无线传感器节点收到定时结束信息后取消定时器；无线传感器节点的定时器时间为
3.根据权利要求1所述的基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，其特征在于所述步骤(4)的稳定数据通信阶段的通信过程如下(3a)簇间采用CDMA多址方式，簇内采用TDMA多址方式，在每一帧中，各无线传感器节点工作在各自的时隙上，不在自己的时隙时无线传感器节点关闭无线通信模块以节约能(3b)各无线传感器节点持续采集监测数据，在自己的时隙发送数据消息Data给簇头； (3c)簇头先对从各个无线传感器节点接收来的数据进行数据融合处理，产生一个新的 Data,最后将数据发给Sink节点，进一步减少了通信业务量；(3d)在一个帧长中所有无线传感器节点都完成了一次通信，网络中所有无线传感器节点采集的信息通过簇头向Sink发送了一次，数据通信阶段如此反复地执行若干个帧长。
全文摘要
本发明公开一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，其实现步骤为按照LEACH协议产生临时簇头并分簇；判断选取的临时簇头是否是最优簇头，如果不是，则调整簇头，采取簇头竞争调整机制，选择本簇中的最优簇头节点当选为最终簇头；进行数据通信，簇内普通节点把采集到的数据发送给簇头，簇头进行数据融合后，最终发给Sink节点。本发明针对不同类型的应用场景采取不同的簇头调整策略，不仅兼顾了簇头的分布位置和簇头的剩余能量，采取簇头竞争调整方法，避免节点轮询的能量消耗，减少了簇内的网络消耗，减少网络开销，提高了网络的生存期，适用于现有的网络以及未来将出现的各种大规模无线传感器网络的要求。
文档编号H04W40/02GK103024849SQ20121036607
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者史琰, 盛敏, 于胜涛, 杨敏, 郭丹, 牛永彬 申请人:西安电子科技大学