一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，所述方法包括：上位機(jī)計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小時需要的簇頭數(shù)量，每個節(jié)點(diǎn)尋找其鄰居節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)計(jì)算其覆蓋均勻度，根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)的剩余能量和每個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度計(jì)算權(quán)值，構(gòu)建最小支配集MDS，構(gòu)建連通支配集CDS，當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入或者所述節(jié)點(diǎn)退出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，重復(fù)以上步驟，完成所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建。本發(fā)明通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)形成分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以保證數(shù)據(jù)在不失真的情況下，最大限度的發(fā)揮節(jié)能效果延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，尤其涉及到一種基于率失真函數(shù)而建立的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防控反恐等方面展現(xiàn)的廣闊的應(yīng)用前景引起了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視并引發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱潮。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限，如何最大限度地利用能源、減小網(wǎng)路能量消耗是關(guān)鍵問題之一。而拓?fù)淇刂茻o疑是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種有效的節(jié)能方法，而分簇的層次性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。另一方面，在通信要求中低功耗是首要考慮的因素，而節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的能量消耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于節(jié)點(diǎn)計(jì)算數(shù)據(jù)的能量消耗，所以降低網(wǎng)絡(luò)總能量消耗的重要途徑是把節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量降低下來。在滿足一定的失真度的前提下傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就可以滿足需求，即在基站可以還原數(shù)據(jù)信息而沒有必要把傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)交竟?jié)點(diǎn)，從保證失真度的角度考慮傳輸多少數(shù)據(jù)量就能滿足要求，這樣結(jié)合數(shù)據(jù)融合思想的層次性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能最大限度的保證采集區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)向上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是最小的，同時能達(dá)到數(shù)據(jù)不失真的目的。
[0003]因此，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，怎樣保證在數(shù)據(jù)不失真的情況下，最大限度的發(fā)揮節(jié)能效果延長網(wǎng)絡(luò)壽命，拓?fù)淇刂瞥蔀橐粋€急需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于率失真函數(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建方法，以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體的節(jié)能效果，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:上位機(jī)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸來的三部分能量消耗參數(shù)計(jì)算出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小時需要的簇頭數(shù)量；
[0008]所述三部分能量消耗包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始啟動時終端傳輸數(shù)據(jù)至簇頭所消耗的能量、簇頭壓縮數(shù)據(jù)所消耗的能量以及簇頭傳輸數(shù)據(jù)至基站所消耗的能量；
[0009]步驟2:每個節(jié)點(diǎn)運(yùn)行尋找鄰居節(jié)點(diǎn)算法找到其鄰居節(jié)點(diǎn)；
[0010]步驟3:每個所述節(jié)點(diǎn)計(jì)算其覆蓋均勻度；
[0011]步驟4:根據(jù)每個所述節(jié)點(diǎn)的剩余能量和每個所述節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度計(jì)算權(quán)值；
[0012]步驟5:構(gòu)建最小支配集MDS，具體步驟如下:
[0013]步驟a:當(dāng)所述節(jié)點(diǎn)具有以下特征:在所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中和所有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中具有最高的W值時，則所述節(jié)點(diǎn)作為MDS的成員之一，標(biāo)記為C1 ；
[0014]C1節(jié)點(diǎn)把其ID號傳輸給所述上位機(jī)，所述上位機(jī)記錄下來，并把簇頭數(shù)量從K減小為K-1 ；
[0015]步驟b:所述上位機(jī)在所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除C1之外的節(jié)點(diǎn)重新尋找具有步驟a中特征的節(jié)點(diǎn),標(biāo)記為C2,由此所述上位機(jī)的簇頭數(shù)量從K-1減少到K-2 ；
[0016]步驟c:重復(fù)步驟a到步驟b直到所述上位機(jī)中簇頭數(shù)量減少為零；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到了 K個簇頭，標(biāo)記為C1, C2……ck。
[0017]步驟6:構(gòu)建連通支配集⑶S，具體步驟如下:
[0018]步驟d:任意選擇所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩個簇頭，并判斷之間的距離，如果是三跳，則執(zhí)行步驟e ;如果是兩跳，則執(zhí)行步驟f ;
[0019]步驟e:在所述兩簇頭之間的最短路徑上尋找具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展的門節(jié)點(diǎn)加入到MDS中，連接所述門節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的兩個簇頭；同時所述門節(jié)點(diǎn)把其信息傳輸給所述上位機(jī)存儲；循環(huán)處理直到找到所有的門節(jié)點(diǎn)，并把所有的門節(jié)點(diǎn)信息存儲到所述上位機(jī)中；
[0020]步驟f:在所述兩簇頭之間最短路徑上選擇具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)加入到MDS中，連接所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的兩個簇頭；同時所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)把其信息傳輸給所述上位機(jī)存儲；循環(huán)處理直到找到所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并把所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)存儲到所述上位機(jī)中。
[0021]步驟7:當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入或者所述節(jié)點(diǎn)退出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，重復(fù)步驟2到步驟6，完成所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
[0022]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)包括所述節(jié)點(diǎn)的ID號、初始能量、位置信息和激活/睡眠狀態(tài)；
[0023]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)存儲在所述上位機(jī)中，并且在整個所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中共享參數(shù)；
[0024]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)按照所述節(jié)點(diǎn)本身所攜帶的算法完成自身的激活與睡眠狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
[0025]所述步驟I中采用以下公式計(jì)算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小時需要的簇頭數(shù)量:
J7 IaanrS , 0η?ΤΧ% t ,_η/Λ、‘ ，2kfJaa
-t =' ?—— + pR\lJ) + XfK(U) + cjx %






j

-^1O
I IacmrS , η/_.、 2αα Λ
—X-；^HrR(D) +c)x-=0
Sk1
aanrS _ 2α a(yR(D) + c)
—- -
[0026]3k2
nr S
=K7R(D)+ c)
f2
3c
,~τΙ1ΓΟ
K1 =-—
IiyR(D) +c)



j
b — (nr S/\1
Λ-1 /2(rR(D)+cy
[0027]其中，a為圓形區(qū)域的半徑，α’為能量消耗系數(shù)，a i為回路能量消耗系數(shù)，。2為天線能量消耗系數(shù)，Clcto為區(qū)域特征半徑，a’ = (c^+c^cUJ/d—，η為圓形區(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，r為數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，δ是路由影響系?shù)，β為數(shù)據(jù)壓縮系數(shù)，R(D)為率失真函數(shù)，Y為壓縮率。c為過壓縮，1?為圓形區(qū)域內(nèi)簇頭初始數(shù)量，k為能量最小化的簇頭數(shù)量。
[0028]所述步驟3中采用以下公式計(jì)算節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度:
^ j
[0029]Ui = (―T

JSk.； “?

i —*
[0030]其中，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度，Ki為第i個節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，Di；j為無線網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點(diǎn)和第j個節(jié)點(diǎn)的距離，Mi為第i個節(jié)點(diǎn)與它的其鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離均值。
[0031]所述步驟4中采用以下公式計(jì)算權(quán)值W:
TTt _ Ey;
[0032]",—

1
[0033]其中Wi是第i個節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，Esi為第i個節(jié)點(diǎn)的剩余能量，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:
[0035]本發(fā)明通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)形成分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以保證數(shù)據(jù)在不失真的情況下，最大限度的發(fā)揮節(jié)能效果延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。
[0036]本發(fā)明中構(gòu)建MDS步驟中的簇頭數(shù)量是預(yù)先計(jì)算出來的，以能量最小化和率失真函數(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算簇頭數(shù)量的方法，最大化的保證了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能效果。
[0037]本發(fā)明用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度和節(jié)點(diǎn)剩余能量兩個因素來計(jì)算權(quán)值，再依據(jù)權(quán)值的大小來依次選擇簇頭。這樣就保證了簇頭節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的均勻分布，不至于造成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的覆蓋空洞。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0038]附圖1為本發(fā)明所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法原理示意圖
[0039]附圖2為本發(fā)明所述的MDS構(gòu)建過程示意圖
[0040]附圖3為本發(fā)明所述的⑶S構(gòu)建過程示意圖

【具體實(shí)施方式】
:
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。但所舉實(shí)例不作為對本發(fā)明的限定。
[0042]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)包括所述節(jié)點(diǎn)的ID號、初始能量、位置信息和激活/睡眠狀態(tài)；
[0043]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)存儲在上位機(jī)中，并且在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中共享參數(shù)；
[0044]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)按照節(jié)點(diǎn)本身所攜帶的算法完成自身的激活與睡眠狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換；
[0045]所述方法包括以下步驟:
[0046]步驟1:在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可以用LEACH算法預(yù)先啟動，根據(jù)設(shè)定的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中節(jié)點(diǎn)的個數(shù)、區(qū)域半徑、路由影響系數(shù)、以及區(qū)域當(dāng)中的以簇頭位置作為簇的圓心坐標(biāo)計(jì)算出傳感器節(jié)點(diǎn)到簇頭節(jié)點(diǎn)的距離，然后根據(jù)率失真函數(shù)、數(shù)據(jù)融合的能量消耗系數(shù)、回路能量消耗系數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸速率、壓縮率及網(wǎng)絡(luò)消耗能量模型，計(jì)算出整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)的數(shù)據(jù)融合簇頭數(shù)量k?？梢圆捎萌缦鹿? ? 2aanrS , 2knaa E =-j^ + 0R(D)+IyR(D)+ c) X --------
3/?V3
I 2acwrS , 、 2aα Λ
—X-；^ +(vR(D) + c) X-=O
2β、, 、 ,,λ
^ τ ^j
3k1
aanrS = 2a a (yR(D) + c)
I3
[0047]3k2
fir S
=2(師)+c*)
k1
3e

nrd
’ 2(yR(I))^c)



2
k — /nrS/\1
h~{ /2(rR(D) + cy
[0048]其中，a為圓形區(qū)域的半徑，α’為能量消耗系數(shù)，a i為回路能量消耗系數(shù)，。2為天線能量消耗系數(shù)，Clcto為區(qū)域特征半徑，a’ = (c^+c^cUJ/d—，η為圓形區(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，r為數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，δ是路由影響系?shù)，β為數(shù)據(jù)壓縮系數(shù)，R(D)為率失真函數(shù)，Y為壓縮率。c為過壓縮，1?為圓形區(qū)域內(nèi)簇頭初始數(shù)量，k為能量最小化的簇頭數(shù)量。
[0049]步驟2:每個節(jié)點(diǎn)運(yùn)行質(zhì)心算法、DV-hop算法、Amorphous定位算法或者APIT算法這些非測距的算法，來找到所述節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0050]步驟3:每個節(jié)點(diǎn)計(jì)算其覆蓋均勻度，可以利用公式:
[0051]1/,=?(Α..— -Α/:)2)Ι

/=1
[0052]其中，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度，Ki為第i個節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，Di；j為無線網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點(diǎn)和第j個節(jié)點(diǎn)的距離，Mi為第i個節(jié)點(diǎn)與它的其鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離均值。
[0053]即用節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離標(biāo)準(zhǔn)差表示節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度，標(biāo)準(zhǔn)差越小說明節(jié)點(diǎn)的均勻度越好。
[0054]步驟4:然后計(jì)算權(quán)值W，可以用以下公式:
Tr
[0055]f.t= —■—
L_i,γ r
U1
[0056]其中Wi是第i個節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，Esi為第i個節(jié)點(diǎn)的剩余能量，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度。
[0057]權(quán)值越大節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭的概率越大,節(jié)點(diǎn)的剩余能量越大當(dāng)選簇頭的概率越大，而節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度越小當(dāng)選為簇頭的概率越大。
[0058]接著，構(gòu)建最小支配集MDS，包括以下步驟:
[0059]步驟5:當(dāng)節(jié)點(diǎn)具有以下特征:在所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中和所有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中具有最高的W值時，則節(jié)點(diǎn)可以作為MDS的成員之一，標(biāo)記為Q。C1節(jié)點(diǎn)把其ID號傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)記錄下來，并把簇頭數(shù)量從k減小為k-Ι。如圖2所示MDS構(gòu)建示意圖。
[0060]步驟6:上位機(jī)在所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除C1之外的節(jié)點(diǎn)中重新尋找具有步驟5中特征的節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記為C2,由此上位機(jī)的簇頭數(shù)量從k-Ι減少到k-2。
[0061]步驟7:重復(fù)步驟5到步驟6直到上位機(jī)中簇頭數(shù)量減小為零。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到了 K個簇頭，標(biāo)記為C1, C2......ck。
[0062]接著，構(gòu)建連通支配集⑶S，包括以下步驟:
[0063]步驟8:任意選擇所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩個簇頭，并判斷之間的距離，如果是三跳，則執(zhí)行步驟9 ;如果是兩跳，則執(zhí)行步驟10 ；
[0064]步驟9:在所述兩簇頭之間的最短路徑上尋找具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展的門節(jié)點(diǎn)加入到MDS中，標(biāo)記為D1，把加入的門節(jié)點(diǎn)Dl與相鄰已知的兩個簇頭連接起來。把Dl的信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，以便上位機(jī)把所有的MDS、CDS節(jié)點(diǎn)列表記錄下來。循環(huán)處理直到找到所有的門節(jié)點(diǎn)，并把所有的門節(jié)點(diǎn)信息存儲到上位機(jī)中。
[0065]步驟10:在所述兩簇頭之間的最短路徑上選擇具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為G1，連接Gl和相鄰的兩簇頭。Gl把自己的信息傳輸給上位機(jī)存儲。循環(huán)處理直到找到所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，把所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)存儲到上位機(jī)中。CDS構(gòu)建過程如圖3所示。
[0066]步驟11:當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入或者所述節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)時候，重復(fù)步驟2到步驟10，完成所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
[0067]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1:上位機(jī)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸來的三部分能量消耗參數(shù)計(jì)算出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小時需要的簇頭數(shù)量； 所述三部分能量消耗包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始啟動時終端傳輸數(shù)據(jù)至簇頭所消耗的能量、簇頭壓縮數(shù)據(jù)所消耗的能量以及簇頭傳輸數(shù)據(jù)至基站所消耗的能量； 步驟2:每個節(jié)點(diǎn)運(yùn)行尋找鄰居節(jié)點(diǎn)算法找到其鄰居節(jié)點(diǎn)； 步驟3:每個所述節(jié)點(diǎn)計(jì)算其覆蓋均勻度； 步驟4:根據(jù)每個所述節(jié)點(diǎn)的剩余能量和每個所述節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度計(jì)算權(quán)值； 步驟5:構(gòu)建最小支配集MDS，其具體步驟如下: 步驟a:當(dāng)所述節(jié)點(diǎn)具有以下特征:在所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中和所有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中具有最高的W值時，則所述節(jié)點(diǎn)作為MDS的成員之一，標(biāo)記為C1 ； C1節(jié)點(diǎn)把其ID號傳輸給所述上位機(jī)，所述上位機(jī)記錄下來，并把簇頭數(shù)量從K減小為K-1 ； 步驟b:所述上位機(jī)在所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除C1之外的節(jié)點(diǎn)重新尋找具有步驟a中特征的節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記為C2,由此所述上位機(jī)的簇頭數(shù)量從K-1減少到K-2 ； 步驟c:重復(fù)步驟a到步驟b直到所述上位機(jī)中簇頭數(shù)量減少為零；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到了 K個簇頭，標(biāo)記為C1, C2……Ck ； 步驟6:構(gòu)建連通支配集⑶S，其具體步驟如下: 步驟d:任意選擇所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩個簇頭，并判斷之間的距離，如果是三跳，則執(zhí)行步驟e ;如果是兩跳，則執(zhí)行步驟f ； 步驟e:在所述兩簇頭之間的最短路徑上尋找具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展的門節(jié)點(diǎn)加入到MDS中，連接所述門節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的兩個簇頭；同時所述門節(jié)點(diǎn)把其信息傳輸給所述上位機(jī)存儲；循環(huán)處理直到找到所有的門節(jié)點(diǎn)，并把所有的門節(jié)點(diǎn)信息存儲到所述上位機(jī)中； 步驟f:在所述兩簇頭之間最短路徑上選擇具有最大權(quán)值的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)加入到MDS中，連接所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的兩個簇頭；同時所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)把其信息傳輸給所述上位機(jī)存儲；循環(huán)處理直到找到所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并把所有的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)存儲到所述上位機(jī)中； 步驟7:當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入或者所述節(jié)點(diǎn)退出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，重復(fù)步驟2到步驟6，完成所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)包括所述節(jié)點(diǎn)的ID號、初始能量、位置信息和激活/睡眠狀態(tài)； 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)存儲在所述上位機(jī)中，并且在整個所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中共享參數(shù)； 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)按照所述節(jié)點(diǎn)本身所攜帶的算法完成自身的激活與睡眠狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟I中采用以下公式計(jì)算所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小時需要的簇頭數(shù)量:
E = 1ααηγχδ + 眞 D) + (rR(D) + c)x — ■%
3?γ 1IacmrS ,、 2aa _ -——x-；——+IfM(Ij) + c)x-=O2-1 3k2
a am.S = 2αα{γΚ{Π) + c) 303 與=2(師) + ￡*) 3e — nro ’ ^ KrR(D) +c)


2 h — (nrS/\1 h~{ /2(rR{D)+cy 其中，a為圓形區(qū)域的半徑，α’為能量消耗系數(shù)，\為回路能量消耗系數(shù)，Ci2為天線能量消耗系數(shù)，Clcto為區(qū)域特征半徑，a’ = Ui+c^cUJ/d—，η為圓形區(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，r為數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，δ是路由影響系?shù)，β為數(shù)據(jù)壓縮系數(shù)，R(D)為率失真函數(shù)，Y為壓縮率，c為過壓縮，1?為圓形區(qū)域內(nèi)簇頭初始數(shù)量，k為能量最小化的簇頭數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟3中采用以下公式計(jì)算節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度:

μ.):) 士

J=, 其中，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度，Ki為第i個節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，Dy為無線網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點(diǎn)和第j個節(jié)點(diǎn)的距離,Mi為第i個節(jié)點(diǎn)與它的其鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟4中采用以下公式計(jì)算權(quán)值Wi:
jH
γ..*.V,Mmxf
J Imrrmm^ 董
Ui 其中Wi是第i個節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，Esi為第i個節(jié)點(diǎn)的剩余能量，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的覆蓋均勻度。
【文檔編號】H04W84/18GK104244266SQ201410192818
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】楊明欣, 劉紫玉, 張永強(qiáng), 邱碩 申請人:河北科技大學(xué)