本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集信息采集、信息處理和信息傳輸功能綜合于一體的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，給信息感知、獲取和處理技術(shù)帶來了巨大的變革，邏輯上的信息世界和現(xiàn)實(shí)上的物理世界相連接即將成為現(xiàn)實(shí)。受設(shè)計(jì)成本和應(yīng)用環(huán)境等因素的影響，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一旦布置完成，將很難進(jìn)行人工維護(hù)，能量成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中特別需要考慮的因素之一。

低能量自適用分層分簇(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)協(xié)議和低能量中心自適用分層分簇(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Central，LEACH-C)協(xié)議是兩個(gè)較早被提出的動(dòng)態(tài)分層分簇的路由協(xié)議。在這類協(xié)議中，傳感器節(jié)點(diǎn)被分為不同的簇，并且每個(gè)簇都有一個(gè)簇首，簇首負(fù)責(zé)接收簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息，經(jīng)過信息融合后，將信息轉(zhuǎn)發(fā)到基站，進(jìn)而上傳到遠(yuǎn)程管理平臺(tái)?；诖耍景l(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法，基于LEACH-C協(xié)議，通過節(jié)點(diǎn)剩余能量以及每一輪的能量消耗來確定簇首的選擇范圍，平衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)以上不足之處，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法。

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法，其實(shí)現(xiàn)過程為：

包括由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、基站組成的網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)現(xiàn)過程為：

首先網(wǎng)絡(luò)的基站保存最后一輪節(jié)點(diǎn)的平均能量，然后計(jì)算節(jié)點(diǎn)能量與平均能量之間的差值，在與上一輪的平均能量作比較；

設(shè)置優(yōu)化規(guī)則，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)的能量與平均能量差值不小于上一輪平均能量時(shí)，節(jié)點(diǎn)參加簇首選擇。

基站保存保存節(jié)點(diǎn)的能量過程為：節(jié)點(diǎn)向基站發(fā)送包含能量和位置的狀態(tài)信息，基站接收到這些信息后，計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中的能量均值，以及節(jié)點(diǎn)能量與能量均值的差值。

節(jié)點(diǎn)根據(jù)優(yōu)化規(guī)則選出可以參加簇首選擇的節(jié)點(diǎn)，該優(yōu)化規(guī)則為，符合公式：

E_{node_egy}-E_{node_avg_egy}≥E_round的節(jié)點(diǎn)均為可以參加簇首選擇的節(jié)點(diǎn)，其中E_{node_egy}是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，E_{node_avg_egy}是傳感器網(wǎng)絡(luò)中平均能量狀態(tài)，E_round是上一輪節(jié)點(diǎn)的能量消耗均值。

當(dāng)統(tǒng)計(jì)滿足可參加簇首選擇條件的節(jié)點(diǎn)數(shù)量k，當(dāng)k＜k_opt時(shí)，簇首按照LEACH-C協(xié)議重新進(jìn)行參加簇首選擇節(jié)點(diǎn)的選擇，其中k_opt是簇首最佳數(shù)量，該值通過模擬仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

本發(fā)明的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

本發(fā)明的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法，可以強(qiáng)制性地縮小簇首的選舉范圍，讓節(jié)點(diǎn)的能量只有在高于平均能量一定水平才可以參加簇首選擇，平衡網(wǎng)絡(luò)中的能量分布,減少因?yàn)楣?jié)點(diǎn)能量過低而出現(xiàn)過早死亡的情況出現(xiàn)，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣泛，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇首選擇優(yōu)化方法，用于在LEACH-C協(xié)議中根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量以及上一輪節(jié)點(diǎn)能量消耗情況，確定下一輪簇首節(jié)點(diǎn)的選擇范圍，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)使用電池供電，能量受限且計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限，一旦布置完成將很難進(jìn)行能源的更換，如何提高網(wǎng)絡(luò)能量利用率，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)至關(guān)重要的課題。設(shè)計(jì)以能量為優(yōu)先的高效路由協(xié)議是提高網(wǎng)絡(luò)生存周期其中一個(gè)有效途徑。本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)化的改進(jìn)方案，可以更加有效地延長第一節(jié)點(diǎn)死亡出現(xiàn)的時(shí)間。

本發(fā)明包括由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、基站組成的網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)現(xiàn)過程為：

首先網(wǎng)絡(luò)的基站保存最后一輪節(jié)點(diǎn)的平均能量，然后計(jì)算節(jié)點(diǎn)能量與平均能量之間的差值，在與上一輪的平均能量作比較；

設(shè)置優(yōu)化規(guī)則，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)的能量與平均能量差值不小于上一輪平均能量時(shí)，節(jié)點(diǎn)參加簇首選擇。

改進(jìn)方案每輪開始時(shí)和LEACH-C協(xié)議相似，首先節(jié)點(diǎn)向基站發(fā)送包含能量和位置的狀態(tài)信息，基站接收到這些信息后，不僅需要算出網(wǎng)絡(luò)中的能量均值，還要算出節(jié)點(diǎn)能量與能量均值的差值。只有在該差值滿足一定關(guān)系時(shí)，節(jié)點(diǎn)才可以參加簇首選擇。改進(jìn)算法的流程如圖1所示，具體描述如下：

1)基站接收網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的包含狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，并且計(jì)算出能量平均值。

2)節(jié)點(diǎn)根據(jù)下面公式(1)選出可以參加簇首選擇的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)屬于集合G。

E_{node_egy}-E_{node_avg_egy}≥E_round (1)

其中E_{node_egy}是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)，E_{node_avg_egy}是傳感器網(wǎng)絡(luò)中平均能量狀態(tài)，E_round是上一輪節(jié)點(diǎn)的能量消耗。

3)統(tǒng)計(jì)滿足上述條件節(jié)點(diǎn)的數(shù)量k，當(dāng)k＜k_opt時(shí)，簇首會(huì)按照LEACH-C方案重新進(jìn)行參加簇首選擇節(jié)點(diǎn)的選擇，其中k_opt是簇首最佳數(shù)量，該值與特定的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，可以通過模擬仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

簇首選擇完成后，改進(jìn)協(xié)議的運(yùn)行方式和leach-c的保持一致。

改進(jìn)算法可以強(qiáng)制性地縮小簇首的選舉范圍，讓節(jié)點(diǎn)的能量只有在高于平均能量一定水平才可以參加簇首選擇，平衡網(wǎng)絡(luò)中的能量分布,減少因?yàn)楣?jié)點(diǎn)能量過低而出現(xiàn)過早死亡的情況出現(xiàn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

修改完代碼后，重新編譯，運(yùn)行l(wèi)each腳本，生成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并保存在leach_sims文件夾下?？梢酝ㄟ^編寫awk腳本來分析數(shù)據(jù)，驗(yàn)證改進(jìn)算法的有效性。

通過上面具體實(shí)施方式，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述的具體實(shí)施方式。在公開的實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可任意組合不同的技術(shù)特征，從而實(shí)現(xiàn)不同的技術(shù)方案。

除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。