CN102685688A - 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法 - Google Patents

一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102685688A
CN102685688A CN2012101922036A CN201210192203A CN102685688A CN 102685688 A CN102685688 A CN 102685688A CN 2012101922036 A CN2012101922036 A CN 2012101922036A CN 201210192203 A CN201210192203 A CN 201210192203A CN 102685688 A CN102685688 A CN 102685688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auction
node
base station
bunch
price
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101922036A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102685688B (zh
Inventor
刘兴伟
彭雪松
陈燕其
王小宇
袁静
丁超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xihua University
Original Assignee
Xihua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xihua University filed Critical Xihua University
Priority to CN201210192203.6A priority Critical patent/CN102685688B/zh
Publication of CN102685688A publication Critical patent/CN102685688A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102685688B publication Critical patent/CN102685688B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明提供了一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，基站作为一级密封价格拍卖模型中的拍卖方广播拍卖消息，节点作为竞拍者将节点标号、节点位置、剩余能量和竞拍区域发送给基站，基站对参加竞拍的节点进行资格审查，对通过资格审查的竞拍节点依据报价策略计算其最优报价，同时确定各个竞拍区域（包括空白区域）的簇首节点，基站广播簇首节点，非簇首节点作为成员节点选择距离最近的簇首节点加入该簇并完成簇的组建，基站采用CNP算法计算并广播每个簇首节点下一跳的信息，簇首节点采用多跳方式将数据发送至基站，本发明提高了无线传感器网络簇首分布的合理性和节点能量消耗的均衡性，有效延长了网络的生存时间。

Description

一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络领域，特别是涉及一种无线传感器网络的分簇方法。
背景技术
无线传感器网络是一种新的信息获取和处理技术，是当前国内外研究的热点，有着广阔的应用前景。在无线传感器网络中，分布在监测环境中的传感器节点的能量是有限的，因此，无线传感器网络路由协议设计的首要目标是在保证正常数据采集的前提下，通过合理的路由设计尽可能降低节点的能量消耗和延长传感器网络的寿命。无线传感器网络的路由协议按网络逻辑结构可以分为平面路由协议和分层路由协议。分层路由协议将网络划分为不同的簇，每个簇由簇首节点和多个成员节点组成。其中成员节点只需与自己的簇首通信，而簇首节点在完成监测任务的同时还要负责接收簇内成员节点发送的数据、完成数据融合并通过单跳或多跳的方式将数据发送至基站，除此之外，还负责转发其他簇首的数据，因此簇首节点能量消耗较大。
在传统的分层路由协议中，以经典的LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议为例，一般采用周期性的簇首选择方法，让网络中的节点轮流担任簇首，进而可以平衡网络中节点的能耗。相对于一般的平面路由和静态分层路由协议，LEACH协议可以延长网络寿命15%左右。但是LEACH协议也存在一些问题：（1）簇首的选择无论是在能量上还是位置上都是随机的，也就是说LEACH协议的簇首选择方法没有考虑节点的剩余能量和位置信息，使得剩余能量较低的节点很有可能被选为簇首，从而导致该节点能量快速耗尽而死亡。同时簇首分布位置也是随机的，实验证明，无论簇首分布过于集中还是分散，都会导致簇内成员节点的能耗以及簇首与基站通信的能耗大幅增加；（2）LEACH协议中每轮产生的簇首个数是不确定的，实验表明，簇首个数存在较大的波动。因此，当产生的簇首个数过少时，会极大地增加簇首的负担，使其能量迅速耗尽而死亡。这些问题的存在，造成了传感器网络簇首分布不合理和节点能耗不均衡，影响了网络寿命的进一步提高。
博弈论（Game Theory）又称“对策论”，是一门以数学为基础、研究博弈中参与者为获得最大利益应如何做出决策的学科。博弈论在经济学、政治学中得到了广泛的应用，也成功应用到无线通信领域中的异构无线网络的切换决策、接纳控制以及网络资源分配等方面。作为一种特殊的拍卖博弈模型，一级密封价格拍卖模型要求所有竞拍者的报价仅限于竞拍者本人和拍卖者知晓，而且只能报一次价，报价最高的竞拍者中标（在公共工程拍卖中，是以报价最低的竞拍者中标）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何能够创新地进一步提高无线传感器网络簇首分布的合理性和节点能量消耗的均衡性，进而有效延长网络的生存时间。
为了解决上述问题，本发明公开了一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其技术方案包括以下各步骤：
步骤1：基站作为一级密封价格拍卖模型中的拍卖方广播拍卖消息；
步骤2：节点作为一级密封价格拍卖模型中的竞拍者将节点标号、节点位置、剩余能量和竞拍区域发送给基站；
步骤3：基站对参加竞拍的节点进行资格审查；
步骤4：基站对通过资格审查的竞拍节点依据报价策略计算其最优报价，同时确定各个竞拍区域的簇首节点；
步骤5：基站确定空白区域中的簇首节点；
步骤6：基站广播簇首节点；
步骤7：非簇首节点作为成员节点选择距离最近的簇首节点加入该簇，完成簇的组建；
步骤8：基站采用CNP（Cheapest Neighbor Path）算法计算并广播每个簇首节点下一跳的信息； 
步骤9：簇首节点采用多跳方式将数据发送至基站。
与LEACH协议比较，本发明具有以下优点：
（1）本发明在进行簇首选择时，充分考虑了节点的剩余能量、位置信息和竞拍区域，实现了簇首在位置和能量上的合理分布；
（2）本发明采用一级密封价格拍卖模型、依据最优报价策略来确定各个竞拍区域簇首的方法，解决了LEACH协议中簇首个数存在较大波动、节点能量消耗不均衡的缺点，有效地延长了网络的生存时间。
附图说明
图1为本发明的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如附图1所示，假设所有节点完全相同并且能量有限，节点本身具有位置感知功能且在部署完成后不再移动，基站是固定的且没有能量限制。一级密封价格拍卖模型各要素定义如下： 
拍卖者：基站；
竞拍者：部署在监测区域内的节点；
拍卖品：监测区域内的各个竞拍区；
获胜者：各个竞拍区域中报价最高的竞拍节点获胜并被确定为各个区域的簇首，如果同一个竞拍区域中有两个或两个以上的竞拍节点报价相同，则标号小的竞拍节点获胜；
竞拍者的收益：如果竞拍者获胜，其收益为该节点估价与报价的差值；如果竞拍者失败，则其收益为0。
本发明方法按照以下步骤进行：
步骤1：基站作为一级密封价格拍卖模型中的拍卖方广播拍卖消息；
步骤2：节点作为一级密封价格拍卖模型中的竞拍者将节点标号、节点位置、剩余能量和竞拍区域发送给基站；
竞拍区域采用竞拍半径                                                
Figure 475118DEST_PATH_IMAGE001
来表示，定义如下：
Figure 889919DEST_PATH_IMAGE002
，
其中
Figure 832467DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 581986DEST_PATH_IMAGE004
分别表示所有节点与基站距离的最大值和最小值，
Figure 2603DEST_PATH_IMAGE005
表示竞拍节点i与基站的距离，c为0到1之间的常数，
Figure 537490DEST_PATH_IMAGE006
为预定义的最大竞拍区域半径。
步骤3：基站对参加竞拍的节点进行资格审查；
基站对收到的所有节点的剩余能量求和并计算出平均能量，如果竞拍节点的剩余能量小于平均能量，那么这部分节点将被筛选掉而失去竞拍资格。
步骤4：基站对通过资格审查的竞拍节点依据报价策略计算其最优报价，同时确定各个竞拍区域的簇首节点；
将竞拍节点i的报价策略（报价函数
Figure 650939DEST_PATH_IMAGE007
）定义为其估价
Figure 389219DEST_PATH_IMAGE008
的线性函数；估价
Figure 613527DEST_PATH_IMAGE008
是节点剩余能量
Figure 737341DEST_PATH_IMAGE009
的函数，且服从[0，1]上的均匀分布；设所有竞拍者的报价策略都是一样的（即成立），而且是理性的（即在获胜的前提下希望尽可能获得较大的收益），则竞拍节点i的最优报价为：
Figure 748733DEST_PATH_IMAGE011
，其中j表示竞拍区域内其他的节点；根据一级密封价格拍卖模型相关理论分析，该博弈一定存在唯一的贝叶斯纳什均衡解，即为竞拍节点i的最优报价，其中
Figure 20631DEST_PATH_IMAGE013
为该竞拍区域内的节点数。
步骤5：基站确定空白区域中的簇首节点；
空白区域是指没有任何竞拍节点宣布获胜的区域，基站对于竞拍失败的节点，检查其是否在空白区域中，如果在，则将其作为该空白区域的簇首节点。
步骤6：基站广播簇首节点；
步骤7：非簇首节点作为成员节点选择距离最近的簇首节点加入该簇，完成簇的组建；
步骤8：基站采用CNP算法计算并广播每个簇首节点下一跳的信息； 
CNP算法的基本思想是通过获取并比较邻居簇首与基站的距离，将最近的邻居簇首作为数据传输的下一跳。
步骤9：簇首节点采用多跳方式将数据发送至基站。

Claims (6)

1.一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征在于，包括以下各个步骤：
步骤1：基站作为一级密封价格拍卖模型中的拍卖方广播拍卖消息；
步骤2：节点作为一级密封价格拍卖模型中的竞拍者将节点标号、节点位置、剩余能量和竞拍区域发送给基站；
步骤3：基站对参加竞拍的节点进行资格审查；
步骤4：基站对通过资格审查的竞拍节点依据报价策略计算其最优报价，同时确定各个竞拍区域的簇首节点；
步骤5：基站确定空白区域中的簇首节点；
步骤6：基站广播簇首节点；
步骤7：非簇首节点作为成员节点选择距离最近的簇首节点加入该簇，完成簇的组建；
步骤8：基站采用CNP（Cheapest Neighbor Path）算法计算并广播每个簇首节点下一跳的信息； 
步骤9：簇首节点采用多跳方式将数据发送至基站。
2.根据权利要求1所述的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征是：
所述一级密封价格拍卖模型各要素定义如下： 
拍卖者：基站；
竞拍者：部署在监测区域内的节点；
拍卖品：监测区域内的各个竞拍区；
获胜者：各个竞拍区域中报价最高的竞拍节点获胜并被确定为各个区域的簇首，如果同一个竞拍区域中有两个或两个以上的竞拍节点报价相同，则标号小的竞拍节点获胜；
竞拍者的收益：如果竞拍者获胜，其收益为该节点估价与报价的差值；如果竞拍者失败，则其收益为0。
3.根据权利要求1所述的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征是：
所述竞拍区域采用竞拍半径                                                
Figure 423622DEST_PATH_IMAGE001
来表示，定义如下：
Figure 385762DEST_PATH_IMAGE002
，其中和
Figure 66590DEST_PATH_IMAGE004
分别表示所有节点与基站距离的最大值和最小值，
Figure 427164DEST_PATH_IMAGE005
表示竞拍节点i与基站的距离，c为0到1之间的常数，
Figure 876600DEST_PATH_IMAGE006
为预定义的最大竞拍区域半径。
4.根据权利要求1所述的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征是：
所述基站对参加竞拍的节点进行资格审查具体按照以下步骤：基站对收到的所有节点的剩余能量求和并计算出平均能量，如果竞拍节点的剩余能量小于平均能量，那么这部分节点将被筛选掉而失去竞拍资格。
5.根据权利要求1所述的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征是：
所述基站对通过资格审查的竞拍节点依据报价策略计算其最优报价具体按照以下步骤：
将竞拍节点i的报价策略（报价函数
Figure 549197DEST_PATH_IMAGE007
）定义为其估价的线性函数；估价
Figure 299164DEST_PATH_IMAGE008
是节点剩余能量的函数，且服从[0，1]上的均匀分布；设所有竞拍者的报价策略都是一样的（即
Figure 894542DEST_PATH_IMAGE010
成立），而且是理性的（即在获胜的前提下希望尽可能获得较大的收益），则竞拍节点i的最优报价为：
Figure 905223DEST_PATH_IMAGE011
，其中j表示竞拍区域内其他的节点；根据一级密封价格拍卖模型相关理论分析，该博弈一定存在唯一的贝叶斯纳什均衡解
Figure 935496DEST_PATH_IMAGE012
，即为竞拍节点i的最优报价，其中
Figure 31628DEST_PATH_IMAGE013
为该竞拍区域内的节点数。
6.根据权利要求1所述的基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法，其特征是：
所述基站确定空白区域中的簇首节点具体按照以下步骤：空白区域是指没有任何竞拍节点宣布获胜的区域，基站对于竞拍失败的节点，检查其是否在空白区域中，如果在，则将其作为该空白区域的簇首节点。
CN201210192203.6A 2012-06-12 2012-06-12 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法 Expired - Fee Related CN102685688B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210192203.6A CN102685688B (zh) 2012-06-12 2012-06-12 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210192203.6A CN102685688B (zh) 2012-06-12 2012-06-12 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102685688A true CN102685688A (zh) 2012-09-19
CN102685688B CN102685688B (zh) 2014-06-11

Family

ID=46816934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210192203.6A Expired - Fee Related CN102685688B (zh) 2012-06-12 2012-06-12 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102685688B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103685558A (zh) * 2013-12-30 2014-03-26 常州大学 一种无线传感器网络及其任务处理方法
CN107454114A (zh) * 2017-09-29 2017-12-08 深圳市轱辘车联数据技术有限公司 一种竞拍方法、服务器及可读存储介质
CN108475378A (zh) * 2016-04-21 2018-08-31 谷歌有限责任公司 用于通过竞标请求分配传感器网络资源的系统
CN110164147A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 南京邮电大学 一种基于改进遗传算法的智能交通信号灯调控方法
CN110191427A (zh) * 2019-05-24 2019-08-30 中国联合网络通信集团有限公司 消息传输方法和装置
CN110234143A (zh) * 2019-06-10 2019-09-13 沈阳理工大学 面向iwsn基于密封第一价格拍卖博弈的可靠路由

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101715243A (zh) * 2009-10-21 2010-05-26 南京邮电大学 一种无线传感器网络层次式分簇路由方法
CN101729331A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 华为技术有限公司 成簇方法与装置、簇头与基站的路由方法与装置
CN102036308A (zh) * 2010-12-09 2011-04-27 江南大学 一种能量均衡的无线传感器网络分簇方法
CN102256267A (zh) * 2010-05-19 2011-11-23 北京兴科迪科技有限公司 无线传感网络中能量优先的节点分簇方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101729331A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 华为技术有限公司 成簇方法与装置、簇头与基站的路由方法与装置
CN101715243A (zh) * 2009-10-21 2010-05-26 南京邮电大学 一种无线传感器网络层次式分簇路由方法
CN102256267A (zh) * 2010-05-19 2011-11-23 北京兴科迪科技有限公司 无线传感网络中能量优先的节点分簇方法
CN102036308A (zh) * 2010-12-09 2011-04-27 江南大学 一种能量均衡的无线传感器网络分簇方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103685558A (zh) * 2013-12-30 2014-03-26 常州大学 一种无线传感器网络及其任务处理方法
CN108475378A (zh) * 2016-04-21 2018-08-31 谷歌有限责任公司 用于通过竞标请求分配传感器网络资源的系统
CN108475378B (zh) * 2016-04-21 2022-01-18 谷歌有限责任公司 用于通过竞标请求分配传感器网络资源的系统
CN107454114A (zh) * 2017-09-29 2017-12-08 深圳市轱辘车联数据技术有限公司 一种竞拍方法、服务器及可读存储介质
CN107454114B (zh) * 2017-09-29 2021-07-06 深圳市轱辘车联数据技术有限公司 一种竞拍方法、服务器及可读存储介质
CN110164147A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 南京邮电大学 一种基于改进遗传算法的智能交通信号灯调控方法
CN110191427A (zh) * 2019-05-24 2019-08-30 中国联合网络通信集团有限公司 消息传输方法和装置
CN110234143A (zh) * 2019-06-10 2019-09-13 沈阳理工大学 面向iwsn基于密封第一价格拍卖博弈的可靠路由
CN110234143B (zh) * 2019-06-10 2023-02-28 沈阳理工大学 面向iwsn基于密封第一价格拍卖博弈的可靠路由

Also Published As

Publication number Publication date
CN102685688B (zh) 2014-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mehra et al. Fuzzy based enhanced cluster head selection (FBECS) for WSN
CN100471153C (zh) 一种高效的无线传感器网络拓扑控制方法
CN102685688A (zh) 一种基于一级密封价格拍卖的无线传感器网络分簇方法
Ning et al. Social-oriented adaptive transmission in opportunistic Internet of smartphones
CN101013926B (zh) 一种无线传感器网络通信方法和系统
Jari et al. PSO-based sink placement and load-balanced anycast routing in multi-sink WSNs considering compressive sensing theory
Kalaivanan Quality of service (QoS) and priority aware models for energy efficient and demand routing procedure in mobile ad hoc networks
Riaz Clustering algorithms of wireless sensor networks: a survey
CN102158927A (zh) 一种高能效的无线传感器网络非均匀分簇路由方法
Bhardwaj et al. SecRIP: Secure and reliable intercluster routing protocol for efficient data transmission in flying ad hoc networks
Abidi et al. Fuzzy cluster head election algorithm based on LEACH protocol for wireless sensor networks
Kumaresan et al. RETRACTED ARTICLE: Energy Efficient Cluster based Multilevel Hierarchical Routing for multi-hop Wireless Sensor Network
Zhao et al. Survey on social-aware data dissemination over mobile wireless networks
Raghavendra et al. Energy efficient intra cluster gateway optimal placement in wireless sensor network
Oikonomakou et al. Energy sharing and trading in multi-operator heterogeneous network deployments
Zhang et al. SFPAG-R: A reliable routing algorithm based on sealed first-price auction games for industrial Internet of Things networks
Sadeghi et al. Load‐balanced data gathering in Internet of Things using an energy‐aware cuckoo‐search algorithm
CN102711180A (zh) 一种簇头多重选择能量均衡路由方法
Abasikeleş‐Turgut DiCDU: Distributed clustering with decreased uncovered nodes for WSNs
Oudani et al. Comparative study and simulation of flat and hierarchical routing protocols for wireless sensor network
CN102420730B (zh) 高速机动节点的安全拓扑构建方法
Hnini et al. Improved W-LEACH Decentralized protocol with game theory
Ruan et al. A distance clustering routing algorithm considering energy for wireless sensor networks
Wibisono et al. Position-based scheme for multi-hop routing protocol in cluster-based wireless sensor networks
Sivasakthiselvan et al. Design and Performance evaluation of Sugeno fuzzy interface system for multi-disciplinary WSNs applications with optimized network structure

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140611

Termination date: 20150612

EXPY Termination of patent right or utility model