專利名稱：多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電通信技術(shù)領(lǐng)域和無(wú)線自組網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，主要涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，尤其涉及一種多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor networks，WSN)是由大量具有感知、計(jì)算和無(wú) 線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它能夠根據(jù)環(huán)境自主完成監(jiān)測(cè)、目 標(biāo)發(fā)現(xiàn)、識(shí)別與跟蹤等任務(wù)。由于WSN具有隨機(jī)布設(shè)、自組織和隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，使它在軍 事、工業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價(jià)值。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，存在一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)基站，網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù) 據(jù)，并通過(guò)多跳的方式傳送到基站，基站將收到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳送給用戶。 傳感器節(jié)點(diǎn)的感知、計(jì)算和通信能力有限，節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電，能量有限而且不可再 生，存在嚴(yán)重的能量約束問(wèn)題。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般布設(shè)在惡劣的環(huán)境中，無(wú)法更換電 池或更換電池的成本很高，如何更有效地使用傳感器節(jié)點(diǎn)的能量，對(duì)于延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使 用壽命至關(guān)重要。因此，需要使用一種能量高效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，把數(shù)據(jù)從 源節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)、可靠地傳送到基站，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。近年來(lái)已提出了多種不同的分簇路由協(xié)議用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳 輸。 在〈〈IEEE Transactions on Wireless Communications)) 2002,1 (4) :p660_670 中， W. B. Heinzelman等人發(fā)表了題為"An application specific protoco!architecture for wireless microsensor networks”的文章，文中提出一種低功耗自適應(yīng)分層方法(LEACH)， 該方法周期性的隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，將網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，從而降低 了網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提高了網(wǎng)絡(luò)生命周期。但LEACH中的簇頭為隨機(jī)產(chǎn)生，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)中簇頭 分布不均勻，而且每一輪中產(chǎn)生的簇頭數(shù)目不一定等于預(yù)先設(shè)定的最優(yōu)值，造成某些節(jié)點(diǎn) 附近沒(méi)有簇頭而直接與遠(yuǎn)方的基站通信，導(dǎo)致這些節(jié)點(diǎn)過(guò)早的死亡。M. J. Handy《Proceedings of the 4th IEEE Conference onMobile and Wireless Communications Networks》2002, p368_372 中的文章"Lowenergy adaptive clustering hierarchy with deterministic cluster-head selection，，提出一禾中石角定性 簇頭選擇方法(DCHS)，該方法在LEACH基礎(chǔ)上，考慮節(jié)點(diǎn)的能量因素，使能量消耗比例較低 的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先當(dāng)選簇頭，從而比LEACH延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時(shí)間后，節(jié)點(diǎn) 成為簇頭的概率降低，造成簇頭的數(shù)量減少，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量耗費(fèi)不均衡。S· Lindsey 等人發(fā)表在〈〈Proceedings of the IEEE Aerospace Conference〉〉2002， pll25_1130 中的文章"PEGASIS :Power_Efficient gathering in sensorinformation systems"提出一種能量高效的數(shù)據(jù)搜集方法(PEGASIS)，該方法利用貪婪算法將傳感器節(jié) 點(diǎn)構(gòu)成一條鏈，然后在鏈上選擇一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)與基站直接通信，鏈兩端數(shù)據(jù)沿鏈進(jìn)行融合并 傳輸?shù)筋^節(jié)點(diǎn)。PEGASIS與LEACH相比，由于節(jié)點(diǎn)采用小功率與最近鄰居節(jié)點(diǎn)通信以及通信 量的減少，網(wǎng)絡(luò)生命周期延長(zhǎng)了 1倍。
0. Younis 等人發(fā)表在《IEEE Transactions on Mobile Computing》2004， 3(4) :p366_379 中的文 章"HEED:a hybrid, energy-efficient, distributed clusteringapproach for ad hoc sensor networks，，提出一禾中混合能量高效的分布式分族 方法(HEED)，該方法綜合節(jié)點(diǎn)的剩余能量和其他參數(shù)(如候選節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰近性) 來(lái)周期性地選擇簇頭。HEED是一種完全分布式的簇頭產(chǎn)生方式，可以保證簇頭節(jié)點(diǎn)在整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)中分布良好。然而，由于HEED算法在簇形成階段仍然需要廣播多條消息，因而增大了 能量開(kāi)銷。在目前用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆执芈酚煞椒ㄖ?，大都關(guān)注的是節(jié)點(diǎn)能量、路由跳數(shù)，忽略 了節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由的可靠性。具有最小跳數(shù)的路由不一定是最優(yōu)路由，如果路由中 包含不可靠路徑，就降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。因此，如何設(shè)計(jì)一種能量高效的、完整的無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸方法的不足， 提供一種能量高效的多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?和實(shí)時(shí)性，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步 驟第一步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ci同時(shí)啟動(dòng)其內(nèi)置的輪定時(shí)器T1, i
=1,2,3,......，n，在通信半徑r內(nèi)廣播自身的剩余能量消息，接收各鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj
發(fā)送的剩余能量消息并保存在自身內(nèi)置的鄰居節(jié)點(diǎn)表中，j = 1,2,3,......，m，且m < η ；
根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身發(fā)送和接收能量剩余消息后的當(dāng)前剩余能量E1, ρ 并用Elii更新其內(nèi)置剩余能量表中的輪初始剩余能量Echi ；第二步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)當(dāng)前輪鄰居節(jié)點(diǎn)表中所有鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的 輪初始剩余能量Eq，計(jì)算鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)&的平均剩余能量Eai 第三步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci啟動(dòng)其內(nèi)置的簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2,并根據(jù) 下式設(shè)置其簇頭申明消息的時(shí)間間隔定時(shí)器、， 式中，ρ是一個(gè)隨機(jī)均勻分布在(0. 9，1)之間的實(shí)數(shù)值；第四步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在其時(shí)間間隔定時(shí)器、計(jì)時(shí)到時(shí)之前，查詢是否收 到所述鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)G的簇頭申明消息若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci收到一個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，則選擇發(fā)出該 簇頭申明消息的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj為自己的簇頭并向該簇頭發(fā)送加入簇消息，根據(jù)傳感器 節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收簇頭申明消息和發(fā)送加入簇消息后的當(dāng)前剩余能量E2, i， 并用E2,i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量Elii ；若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci收到k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，1 < k彡m，則 將這k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)&作為候選簇頭C。，c = 1，. . .，k，并根據(jù)以下公式計(jì)算
5 上式中，COST。為傳感器節(jié)點(diǎn)Ci到候選簇頭C。的通信代價(jià)，CKCi, C。)是傳感器節(jié) 點(diǎn)Ci到候選簇頭C。的通信距離，d(C。，BS)是候選簇頭C。到基站BS的距離，識(shí)是調(diào)節(jié)(!(Ci, Cc)與d(C。，BS)之間權(quán)重的參數(shù)且0< φ< 1;選定具有最小通信代價(jià)Min (COST。)的候選簇 頭C。為本傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的簇頭并向該簇頭發(fā)送加入簇消息，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型 計(jì)算自身接收多條簇頭申明消息和發(fā)送加入簇消息后的當(dāng)前剩余能量E2,i，并用E2,i更新其 內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量Elii ；若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在其時(shí)間間隔定時(shí)器、計(jì)時(shí)到?jīng)]有收到任何簇頭申明消息， 則在通信半徑r內(nèi)廣播簇頭申明消息，然后接收ζ個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)送的加入簇消息， ζ ^ m，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身廣播簇頭申明消息和接收ζ條加入簇消息后 的當(dāng)前剩余能量E2,,并用E2,,更新E1, i ；第五步，當(dāng)已成為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)(^或(^_或C。設(shè)置的簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器 T2計(jì)時(shí)到，該傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或C。調(diào)整發(fā)射功率，向基站BS報(bào)告其成為簇頭消息，基站
BS據(jù)此計(jì)算簇頭數(shù)量y，并將各簇頭標(biāo)記為CHq且q = 1，......，y且y < n，各簇頭CHq名
下的簇成員標(biāo)記為Memtix, x=l,......，《，且ω < η，隨即，當(dāng)選為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)Ci
或Cj或C。根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身向基站BS報(bào)告成為簇頭消息后的當(dāng)前剩 余能量E3, i，并用E3, i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E2, i ；而未當(dāng)選簇頭的各傳感器 節(jié)點(diǎn)Ci或C。則令E3a = E2ii ；第六步，所述基站BS從簇頭集合CHq中選擇距基站BS最遠(yuǎn)的一個(gè)簇頭CHs作為簇 頭單鏈中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后利用貪婪算法找到離所述簇頭CHs最近的鄰居簇頭CHt作為所 述簇頭單鏈中的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此類推，繼續(xù)從未訪問(wèn)過(guò)的簇頭中找到離所述鄰居簇頭CHt 最近的鄰居簇頭作為簇頭單鏈中的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至遍歷簇頭集合CHq中的全部簇頭而生 成一條簇頭單鏈；第七步，所述基站BS根據(jù)下式計(jì)算所述各簇頭CHq到基站BS的能量權(quán)值weight, 式中，E3,_為簇頭CHq的當(dāng)前剩余能量，將具有最大能量權(quán)值的簇頭鞏作為與基 站BS直接通信的鏈頭節(jié)點(diǎn)；隨即，基站BS向各簇頭(&廣播組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息， 同時(shí)，向全體傳感器節(jié)點(diǎn)Ci廣播數(shù)據(jù)傳輸指令；第八步，所述各簇頭CHq接收組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令，并 根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令 后的當(dāng)前剩余能量E4a，并用E4,i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E3,i ；所述各簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Memtp接收數(shù)據(jù)傳輸指令消息，并根據(jù)傳感器節(jié) 點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收數(shù)據(jù)傳輸指令后的當(dāng)前剩余能量E4,i，并用E4,i更新其內(nèi)置剩 余能量表中的剩余能量E3, i ；第九步，所述各簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Menv將采集數(shù)據(jù)傳送給各自的簇頭 CHq,并根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身發(fā)送采集數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5, ρ并用 E5, i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4,i ；非鏈頭節(jié)點(diǎn)的各簇頭CHq接收其簇成員Memtp發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并將接收數(shù)據(jù)與自身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，接收其在簇頭單鏈中的下位鄰居簇頭傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將所述 鏈數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)作為新的鏈數(shù)據(jù)發(fā)送給其在簇頭單鏈中的上位鄰居簇頭CHi+1或 CHtrl，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收ω條采集數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)、接收和發(fā)送鏈 數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5a，并用E5,i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4,i ；所述鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu接收其簇成員Memux發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)接收數(shù)據(jù)和自身采集 數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；接收其第一、第二下位鄰居簇頭CHlri和CHU+1傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將這兩個(gè)鏈 數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)發(fā)送給基站BS，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收ω條 采集數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)、接收和發(fā)送鏈數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5,i，并用E5,i更新其內(nèi)置剩余能 量表中的剩余能量E4, i ；第十步，當(dāng)所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci內(nèi)置的輪定時(shí)器T1計(jì)時(shí)到，存活的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci 重新啟動(dòng)各自的輪定時(shí)器T1，進(jìn)行下一輪的運(yùn)行，由此周而復(fù)始，直到基站BS接收不到所述 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任何數(shù)據(jù)，就判定傳感器節(jié)點(diǎn)Ci全部死亡，即網(wǎng)絡(luò)失效。在本發(fā)明提供的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法中，首先，傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)綜合考 慮節(jié)點(diǎn)剩余能量及其局部拓?fù)潢P(guān)系選擇簇頭，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇；然后，利用貪婪算法在 簇頭集合中構(gòu)造一條遍歷所有簇頭節(jié)點(diǎn)的簇頭單鏈，并選擇一個(gè)通信代價(jià)值最小的簇頭作 為鏈頭節(jié)點(diǎn)與基站直接通信，鏈兩端簇頭將數(shù)據(jù)沿鏈傳輸?shù)芥滎^節(jié)點(diǎn)，從而建立了多跳的 數(shù)據(jù)傳輸路徑；最后，傳感器節(jié)點(diǎn)把采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明考慮 了節(jié)點(diǎn)的局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并建立了多跳的數(shù)據(jù)傳輸路徑，從而有效提高了網(wǎng)絡(luò)的能耗效率， 實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)能量的均衡消耗，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。


圖1是采用本發(fā)明的WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)的基本工作流程圖。圖2是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例仿真到第10輪的分簇及簇間多跳路由示意圖。圖3是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例仿真到第40輪的分簇及簇間多跳路由示意圖。圖4是是采用本發(fā)明的WSN中存活傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)隨時(shí)間變化曲線。圖5是采用本發(fā)明的WSN中基站收到的有效數(shù)據(jù)曲線圖。圖6是采用本發(fā)明的WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)平均剩余能量隨時(shí)間變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。本發(fā)明所針對(duì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ci和一個(gè)基站BS組
成，S卩i = 1,2,3,......，n，在本優(yōu)選實(shí)施例中，取η = 100。η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ci隨機(jī)均勻
分布在IOOmXlOOm的感知區(qū)域內(nèi)，通常設(shè)各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的通信半徑r為30m，但其無(wú)線 發(fā)射功率可控，能根據(jù)通信距離調(diào)整發(fā)射功率以最小的能量到達(dá)目的接收節(jié)點(diǎn)，從而可以 與基站BS直接通信。所有傳感器節(jié)點(diǎn)都保持時(shí)間同步，各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci部署后不再移動(dòng)， 并可以根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出發(fā)送者到自己的近似距離，各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci均配置一個(gè) 輪定時(shí)器T1和簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2，在本優(yōu)選實(shí)施例中，取T1 = 20s, T2 = 2s。在 網(wǎng)絡(luò)建立階段，基站BS向WSN廣播一個(gè)信號(hào)，各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在接收到此信號(hào)后，根據(jù)接 收信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算它到基站的近似距離。
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各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的能量損耗主要由發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)融合等部分的能量 損耗組成。傳感器節(jié)點(diǎn)Ci發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)所消耗的能量ETx(l，d)由電路消耗和功率放大消耗 兩部分組成，可由下式表示 式中，1為傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)，d為傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離，Eelec表 示電路消耗的能量，Cltl為設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸距離閾值，￡fs和ε mp分別為采用自由空間模型和 多路徑衰減模型進(jìn)行功率放大所需的能量。若數(shù)據(jù)傳輸距離d小于閾值Cltl，功率放大消耗 采用自由空間模型，否則采用多路徑衰減模型。傳感器節(jié)點(diǎn)Ci接收1比特的數(shù)據(jù)消耗的能 量由下式表示 若傳感器節(jié)點(diǎn)Ci被選為簇頭，由于簇頭需要將簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融 合，數(shù)據(jù)融合也要消耗一定的能量，簇頭融合1比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的能量由下式表示EDX(I) = IEDF根據(jù)D. Estrin 在 Mobicom 2002 會(huì)議上的特邀報(bào)告(Wireless SensorNetworks, Part IV =Sensor Network Protocols)中所述傳感器節(jié)點(diǎn)的絕大部分能量消耗在無(wú)線通信 模塊，傳輸1比特信息到IOOm距離需要的能量大約相當(dāng)于執(zhí)行3000條計(jì)算指令消耗的能 量。因此，本發(fā)明忽略計(jì)算指令消耗的能量。在本發(fā)明中，全部傳感器節(jié)點(diǎn)死亡(即各節(jié)點(diǎn) 的剩余能量均為0)才認(rèn)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)失效。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸是以簇為單元的，即在一輪的時(shí)間內(nèi)，WSN中的傳 感器節(jié)點(diǎn)按照一定規(guī)律組成多個(gè)簇，每個(gè)簇選出一個(gè)簇頭，簇頭將簇內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)采集 的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后發(fā)送到基站，其詳細(xì)步驟如下。第一步廣播剩余能量消息各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci同時(shí)啟動(dòng)輪定時(shí)器T1，并在通信半徑內(nèi)r廣播自身的剩余能量消 息，該消息包括傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符和剩余能量。與此同時(shí)，接收各鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)
送的剩余能量消息并保存在自身內(nèi)置的鄰居節(jié)點(diǎn)表中，j = 1,2,3,......，m，且m<n。根
據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量Elii并更新其內(nèi)置剩余能量表Elji = E0,-Etx (11, r) ^Eex(I1)其中=Etl, i為傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在當(dāng)前輪的初始剩余能量；Etx表示發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能 量；Ekx表示接收數(shù)據(jù)消耗的能量；r為傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的通信半徑，I1為剩余能量消息的比 特?cái)?shù)。第二步計(jì)算平均剩余能量Eai各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)當(dāng)前輪鄰居節(jié)點(diǎn)表中的信息，計(jì)算所有鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的 平均剩余能量Eai:
m
Ye0jΓ 臺(tái) °J 二 2-
m式中，Eq為Ci鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)&的剩余能量。第三步設(shè)定簇頭申明消息時(shí)間間隔定時(shí)器
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各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci啟動(dòng)簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2,并根據(jù)下式設(shè)置其簇頭申明消 息的時(shí)間間隔定時(shí)器、， 式中，ρ是一個(gè)隨機(jī)均勻分布在(0.9，1)之間的實(shí)數(shù)值。設(shè)置P是為了避免剩余 能量相同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)出競(jìng)爭(zhēng)簇頭的消息。第四步發(fā)送簇頭申明消息各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在其時(shí)間間隔定時(shí)器、計(jì)時(shí)到時(shí)之前，查詢是否收到鄰居傳感器 節(jié)點(diǎn)G的簇頭申明消息，簇頭申明消息包括傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符。若收到一個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，自己放棄簇頭競(jìng)爭(zhēng)而選擇發(fā)出該 簇頭申明消息的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj為自己的簇頭，并向該簇頭發(fā)送加入簇消息，根據(jù)傳感 器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E2, i并更新其內(nèi)置剩余能量表 式中，I2為簇頭申明消息的比特?cái)?shù)，I2'為加入簇消息的比特?cái)?shù)，Cl(CiA))為傳感 器節(jié)點(diǎn)Ci到其簇頭Cj的通信距離；若傳感器節(jié)點(diǎn)Ci收到k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，Kk^m,則將這 k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)&作為候選簇頭C。，c = 1，. . .，k，并根據(jù)以下公式計(jì)算 上式中，COSTc為傳感器節(jié)點(diǎn)Ci到候選簇頭C。的通信代價(jià)；(!((；，C。)是傳感器節(jié) 點(diǎn)Ci到候選簇頭C。的通信距離；d(C。，BS)是候選簇頭C。到基站BS的距離…是調(diào)節(jié)(!(Ci, C。)與d(C。，BS)之間權(quán)重的參數(shù)且0< φ< 1，在本優(yōu)選實(shí)施例中，取識(shí)=0.7;選定具有最小通 信代價(jià)Min(COSTc)的候選簇頭C。為本傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的簇頭并向該簇頭發(fā)送加入簇消息， 根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E2, i并更新其內(nèi)置剩余能量表 若傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的時(shí)間間隔定時(shí)器、計(jì)時(shí)到，沒(méi)有收到任何簇頭申明消息，則在 通信半徑r內(nèi)廣播簇頭申明消息，若有ζ個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj選擇該傳感器節(jié)點(diǎn)Ci作為簇 頭，就會(huì)向其發(fā)送加入簇消息。當(dāng)該傳感器節(jié)點(diǎn)Ci接收到ζ個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)送的加 入簇消息后，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E2, i E2ji = E1,-Etx(I2jT)-ZEEx (I2')并用E2,i更新其內(nèi)置剩余能量表。第五步生成簇頭集合當(dāng)已成為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或&或C。設(shè)置的簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2計(jì)時(shí) 到，該傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或C。調(diào)整發(fā)射功率，向基站BS報(bào)告其成為簇頭消息?；綛S據(jù)
此計(jì)算簇頭數(shù)量1，并將各簇頭標(biāo)記為CHq且q = 1，......，y且y < n，各簇頭CHq名下的
簇成員標(biāo)記為Memtix, χ= 1，......，ω，且ω < η，隨即，當(dāng)選為簇頭的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或
Cj或C。根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E3, i并更新其內(nèi)置剩余能量 表E3, i = E2, -Etx (I3, d (CHq, BS))
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上式中，I3為向基站BS報(bào)告成為簇頭消息的比特?cái)?shù)，d (CHyBS)為簇頭CHq到基站 BS的通信距離，而未當(dāng)選簇頭的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj則令E3ii = E2,i0第六步生成簇頭單鏈基站BS從簇頭集合CHq中選擇距基站BS最遠(yuǎn)的一個(gè)簇頭CHs作為簇頭單鏈中的 第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后利用貪婪算法找到離所述簇頭CHs最近的鄰居簇頭CHt作為簇頭單鏈中的 第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此類推，繼續(xù)從未訪問(wèn)過(guò)的簇頭中找到離鄰居簇頭CHt最近的鄰居簇頭作為 簇頭單鏈中的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至遍歷簇頭集合CHq中的全部簇頭而生成一條簇頭單鏈。第七步建立簇頭間多跳傳輸路徑基站BS根據(jù)下式計(jì)算所述各簇頭CHq到基站BS的能量權(quán)值weight,
且q = 1，……，y上式中，E3,_為簇頭CHq的當(dāng)前剩余能量。而具有最大能量權(quán)值Max(Weightq)的 簇頭CHu就作為與基站BS直接通信的鏈頭節(jié)點(diǎn)Leader ；隨即，基站BS向各簇頭CHq廣播 組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息，同時(shí)，向全體傳感器節(jié)點(diǎn)Ci廣播數(shù)據(jù)傳輸指令。鏈頭節(jié)點(diǎn) Leader將簇頭單鏈分成了兩部分，從而形成了簇頭間多跳傳輸路徑，即傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各 傳感器節(jié)點(diǎn)Ci將采集的數(shù)據(jù)先發(fā)送各自的簇頭，然后再沿簇頭所在的一段簇頭單鏈向鏈頭 節(jié)點(diǎn)Leader發(fā)送，最后由鏈頭節(jié)點(diǎn)Leader將傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的所有數(shù)據(jù)傳送給基站BS。第八步計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸前的剩余能量各簇頭CHq接收組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息及數(shù)據(jù)傳輸指令，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn) 能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E4,i并更新其內(nèi)置剩余能量表E4,, = E3, ^Eex (I4)-Eex (I4 ‘)式中，I4為組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息的比特?cái)?shù)，I4'為數(shù)據(jù)傳輸指令比特?cái)?shù)。各簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Memtp接收數(shù)據(jù)傳輸指令，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗 模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E4, i E4,, = E3, ^Eex (I4 ‘)用E4,i更新其內(nèi)置剩余能量表。第九步數(shù)據(jù)傳輸每個(gè)簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Menv將采集數(shù)據(jù)傳送給各自的簇頭CHq,根據(jù)傳 感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E5, i并更新其內(nèi)置剩余能量表E5, i = E4, -Etx (I5, d (Ci, CHq))，上式中，I5為各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci采集數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)，(!(Ci, CHq)為簇成員節(jié)點(diǎn)Memtp 到其簇頭CHq的通信距離；非鏈頭節(jié)點(diǎn)的各簇頭CHq接收其簇成員Memtp發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并將接收數(shù)據(jù)與自 身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，接收其在簇頭單鏈中的下位鄰居簇頭傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù) 與自身的融合數(shù)據(jù)作為新的鏈數(shù)據(jù)發(fā)送給其在簇頭單鏈中的上位鄰居簇頭OV1或CHtrl，根 據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E5a，并更新其內(nèi)置剩余能量表。對(duì)簇頭單鏈中的起點(diǎn)簇頭CHs至鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu即1 < q < u的第一組簇頭CHq而 言，其剩余能量為E。= E4,i- EKx(l5)-EDx((co+l)l5)-EKx((q-l)l5' )_ETx(ql5' , d(CHq, CHq+1))
上式中，I5'為融合數(shù)據(jù)后的比特?cái)?shù)，(q_l) I5'為簇頭CHq接收下位鄰居簇頭鏈數(shù) 據(jù)的比特?cái)?shù)，CHqqI5'為簇頭CHq向上位鄰居簇頭發(fā)送鏈數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)，cKO^OVi)為簇頭 CHq到其上位鄰居簇頭的通信距離。對(duì)簇頭單鏈中的終點(diǎn)簇頭CHy至鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu即u < q < y的第二組簇頭CHq而 言，其剩余能量為E5,i = Eu-coERxaO-EDxGco+D^-ERxGy-q)^ ‘ )-ETx((y-q+1) I5 ‘ , d(CHq, CHtrl))上式中，CHq向上位鄰居簇頭發(fā)送鏈數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)為(y-q+1) I5' ,d(CHq, CHtrl)為 簇頭CHq到其上位鄰居簇頭的通信距離。鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu接收其簇成員Memux發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)接收數(shù)據(jù)和自身采集數(shù)據(jù) 進(jìn)行融合；接收其第一、第二下位鄰居簇頭CHlri和CHU+1傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將兩個(gè)鏈數(shù)據(jù)和 自身的融合數(shù)據(jù)發(fā)送給基站BS，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身當(dāng)前剩余能量E5, i 并更新其內(nèi)置剩余能量表E5,i = E4,i- EKx(l5)-EDx((co+l)l5)-EKx((y-l)l5' )_ETx(yl5' ，d(CHu，BS))上式中，(y-l)l5'為鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu接收兩個(gè)鏈數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù)，yl5'為鏈頭節(jié)點(diǎn) CHu發(fā)送鏈數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù)，d(CHu，BS)為鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu到基站BS的通信距離。第十步輪運(yùn)行交接當(dāng)輪定時(shí)器T1計(jì)時(shí)到，存活的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci重新啟動(dòng)輪定時(shí)器T1，且將各傳感 器節(jié)點(diǎn)Ci在本輪運(yùn)行結(jié)束后的剩余能量作為下一輪運(yùn)行的初始能量，即令Etl, i = E5, i之后 進(jìn)行下一輪的運(yùn)行，由此周而復(fù)始，直到基站BS接收不到傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任何數(shù)據(jù)，就判 定傳感器節(jié)點(diǎn)Ci全部死亡，即網(wǎng)絡(luò)失效。在本發(fā)明中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的基本工作流程見(jiàn)圖1。為了驗(yàn)證本發(fā)明提供方法的性能，從傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗、網(wǎng)絡(luò)存活的節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)其 進(jìn)行分析和仿真，仿真結(jié)果取1000次實(shí)驗(yàn)的平均值。在本優(yōu)選實(shí)施例中，所用的參數(shù)如表1所示。表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)
圖2是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例仿真進(jìn)行到第10輪時(shí)的分簇和簇間多跳路由情況，其 中，基站BS位于(100，100)處，用星型表示，傳感器節(jié)點(diǎn)2、13、31、18和99被選為簇頭，建 立了 18 — 13 — 2 — 31 — 99的簇頭單鏈，簇頭31被選為單鏈中的Leader節(jié)點(diǎn)。圖3是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例仿真進(jìn)行到第50輪時(shí)的分簇和簇間多跳路由情況，傳 感器節(jié)點(diǎn)6、11、19、20和99被選為簇頭，建立了 20 — 11 — 99 — 6 — 19的簇頭鏈，簇頭6 被選為鏈中的Leader節(jié)點(diǎn)。圖4給出了本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸方法與LEACH、DCHS和PEGASIS三種數(shù)據(jù)傳輸方法的 存活傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)隨時(shí)間(輪數(shù))變化的情況。從圖4可以看出，在采用本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸 方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的死亡時(shí)間比較接近。這是因?yàn)楸景l(fā)明采用了基于 傳感器節(jié)點(diǎn)剩余能量及與基站BS的通信距離來(lái)選擇簇頭的措施，使得能量消耗較均勻地 分擔(dān)到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，因而有效地延長(zhǎng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，其性能要優(yōu)于其它三 種方法。圖5顯示了在采用本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期內(nèi)，基站BS收到的有效數(shù)據(jù)， 而該傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)平均剩余能量隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖6。從圖5和圖6可知，采用本 發(fā)明的傳輸方法，其基站接收到的有效數(shù)據(jù)和傳感器節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量要明顯高于采用 其它三種數(shù)據(jù)傳輸方法。綜上所述，本發(fā)明提供的能量高效的多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法根 據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量及局部拓?fù)潢P(guān)系選擇簇頭，并建立簇頭單鏈，為能量受限的無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸提供了有效的途徑，有效的均衡了節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高了無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的壽命。
權(quán)利要求
一種多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ci同時(shí)啟動(dòng)其內(nèi)置的輪定時(shí)器T1，i＝1，2，3，......，n，在通信半徑r內(nèi)廣播自身的剩余能量消息，接收各鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)送的剩余能量消息并保存在自身內(nèi)置的鄰居節(jié)點(diǎn)表中，j＝1，2，3，......，m，且m＜n；根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身發(fā)送和接收能量剩余消息后的當(dāng)前剩余能量E1，i，并用E1，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的輪初始剩余能量E0，i；第二步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)當(dāng)前輪鄰居節(jié)點(diǎn)表中所有鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的輪初始剩余能量E0，j，計(jì)算鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的平均剩余能量Eai第三步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci啟動(dòng)其內(nèi)置的簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2，并根據(jù)下式設(shè)置其簇頭申明消息的時(shí)間間隔定時(shí)器ti， <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>p</mi><mo>&times;</mo><msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn></msub><mo>&times;</mo><mfrac> <msub><mi>E</mi><mi>ai</mi> </msub> <msub><mi>E</mi><mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi></mrow> </msub></mfrac> </mrow>式中，p是一個(gè)隨機(jī)均勻分布在(0.9，1)之間的實(shí)數(shù)值；第四步，所述各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在其時(shí)間間隔定時(shí)器ti計(jì)時(shí)到時(shí)之前，查詢是否收到所述鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的簇頭申明消息若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci收到一個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，則選擇發(fā)出該簇頭申明消息的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj為自己的簇頭并向該簇頭發(fā)送加入簇消息，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收簇頭申明消息和發(fā)送加入簇消息后的當(dāng)前剩余能量E2，i，并用E2，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E1，i；若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci收到k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj的簇頭申明消息，1＜k≤m，則將這k個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj作為候選簇頭Cc，c＝1，...，k，并根據(jù)以下公式計(jì)算上式中，COSTc為傳感器節(jié)點(diǎn)Ci到候選簇頭Cc的通信代價(jià)，d(Ci，Cc)是傳感器節(jié)點(diǎn)Ci到候選簇頭Cc的通信距離，d(Cc，BS)是候選簇頭Cc到基站BS的距離，是調(diào)節(jié)d(Ci，Cc)與d(Cc，BS)之間權(quán)重的參數(shù)且選定具有最小通信代價(jià)Min(COSTc)的候選簇頭Cc為本傳感器節(jié)點(diǎn)Ci的簇頭并向該簇頭發(fā)送加入簇消息，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收多條簇頭申明消息和發(fā)送加入簇消息后的當(dāng)前剩余能量E2，i，并用E2，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E1，i；若所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci在其時(shí)間間隔定時(shí)器ti計(jì)時(shí)到?jīng)]有收到任何簇頭申明消息，則在通信半徑r內(nèi)廣播簇頭申明消息，然后接收z個(gè)鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)Cj發(fā)送的加入簇消息，z≤m，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身廣播簇頭申明消息和接收z條加入簇消息后的當(dāng)前剩余能量E2，i，并用E2，i更新E1，i；第五步，當(dāng)已成為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或Cc設(shè)置的簇頭選擇持續(xù)時(shí)間定時(shí)器T2計(jì)時(shí)到，該傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或Cc調(diào)整發(fā)射功率，向基站BS報(bào)告其成為簇頭消息，基站BS據(jù)此計(jì)算簇頭數(shù)量y，并將各簇頭標(biāo)記為CHq且q＝1，......，y且y＜n，各簇頭CHq名下的簇成員標(biāo)記為Memqx，x＝1，......，ω，且ω＜n，隨即，當(dāng)選為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cj或Cc根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身向基站BS報(bào)告成為簇頭消息后的當(dāng)前剩余能量E3，i，并用E3，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E2，i；而未當(dāng)選簇頭的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci或Cc則令E3，i＝E2，i；第六步，所述基站BS從簇頭集合CHq中選擇距基站BS最遠(yuǎn)的一個(gè)簇頭CHs作為簇頭單鏈中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后利用貪婪算法找到離所述簇頭CHs最近的鄰居簇頭CHt作為所述簇頭單鏈中的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此類推，繼續(xù)從未訪問(wèn)過(guò)的簇頭中找到離所述鄰居簇頭CHt最近的鄰居簇頭作為簇頭單鏈中的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至遍歷簇頭集合CHq中的全部簇頭而生成一條簇頭單鏈；第七步，所述基站BS根據(jù)下式計(jì)算所述各簇頭CHq到基站BS的能量權(quán)值weightq <mrow><msub> <mi>weight</mi> <mi>q</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>E</mi><mrow> <mn>3</mn> <mo>,</mo> <mi>CHq</mi></mrow> </msub> <mrow><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>CH</mi><mi>q</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>BS</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>且q＝1，......，y式中，E3，CHq為簇頭CHq的當(dāng)前剩余能量，將具有最大能量權(quán)值的簇頭CHu作為與基站BS直接通信的鏈頭節(jié)點(diǎn)；隨即，基站BS向各簇頭CHq廣播組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息，同時(shí)，向全體傳感器節(jié)點(diǎn)Ci廣播數(shù)據(jù)傳輸指令；第八步，所述各簇頭CHq接收組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令，并根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身組成簇頭單鏈和鏈頭節(jié)點(diǎn)消息以及數(shù)據(jù)傳輸指令后的當(dāng)前剩余能量E4，i，并用E4，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E3，i；所述各簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Memqx接收數(shù)據(jù)傳輸指令消息，并根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收數(shù)據(jù)傳輸指令后的當(dāng)前剩余能量E4，i，并用E4，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E3，i；第九步，所述各簇頭CHq名下的簇成員節(jié)點(diǎn)Memqx將采集數(shù)據(jù)傳送給各自的簇頭CHq，并根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身發(fā)送采集數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5，i，并用E5，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4，i；非鏈頭節(jié)點(diǎn)的各簇頭CHq接收其簇成員Memqx發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并將接收數(shù)據(jù)與自身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，接收其在簇頭單鏈中的下位鄰居簇頭傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將所述鏈數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)作為新的鏈數(shù)據(jù)發(fā)送給其在簇頭單鏈中的上位鄰居簇頭CHq+1或CHq 1，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收ω條采集數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)、接收和發(fā)送鏈數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5，i，并用E5，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4，i；所述鏈頭節(jié)點(diǎn)CHu接收其簇成員Memux發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)接收數(shù)據(jù)和自身采集數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；接收其第一、第二下位鄰居簇頭CHu 1和CHu+1傳輸?shù)逆湐?shù)據(jù)，并將這兩個(gè)鏈數(shù)據(jù)和自身的融合數(shù)據(jù)發(fā)送給基站BS，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)能量損耗模型計(jì)算自身接收ω條采集數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)、接收和發(fā)送鏈數(shù)據(jù)后的當(dāng)前剩余能量E5，i，并用E5，i更新其內(nèi)置剩余能量表中的剩余能量E4，i；第十步，當(dāng)所述傳感器節(jié)點(diǎn)Ci內(nèi)置的輪定時(shí)器T1計(jì)時(shí)到，存活的各傳感器節(jié)點(diǎn)Ci重新啟動(dòng)各自的輪定時(shí)器T1，進(jìn)行下一輪的運(yùn)行，由此周而復(fù)始，直到基站BS接收不到所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任何數(shù)據(jù)，就判定傳感器節(jié)點(diǎn)Ci全部死亡，即網(wǎng)絡(luò)失效。FSA00000221344600021.tif,FSA00000221344600022.tif,FSA00000221344600023.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所 述η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ci隨機(jī)均勻分布在IOOmX IOOm的感知區(qū)域內(nèi)，且取η = 100，r = 30m, T1 = 20s, T2 = 2s，取爐=0.7。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多層分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于電通信技術(shù)領(lǐng)域。其特點(diǎn)是路由簇頭的選擇基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的局部信息，綜合考慮了傳感器節(jié)點(diǎn)剩余能量及通信代價(jià)等因素，從而對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分簇；在簇頭集合中利用貪婪算法構(gòu)建簇頭單鏈，然后將與基站能量權(quán)值最大的簇頭作為簇頭單鏈中與基站直接通信的鏈頭節(jié)點(diǎn)，從而使各簇頭可以用多跳通信的方式將數(shù)據(jù)傳送至基站。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法不僅有效地解決了延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)，也提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，適用于大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)H04W40/10GK101895956SQ20101024818
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者于振華, 劉宇, 周新妮, 周立君, 王靜, 胡正良, 郭城 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二〇五研究所