CN104168621B - 一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，涉及无线传感网的分布式波束形成技术领域。为了实现海面传感器与卫星进行通信时无基站情况下的簇间通信的问题，也是为了解决海面传感器直接与卫星进行通信时采用载波相位同步技术出现的分布式网络层数过多而导致的无法实现同步的问题，及由此导致的海面传感器层数减少，海面传感器节点数量相应减少导致的无法满足波束与卫星通信的功率需求的问题。投放到海面的传感器浮标要协作进行波束形成，首先要自组织形成分布式网络，并推举出簇头对各节点及节点信息进行管理，然后所有节点共同将数据以波束的方式上传给卫星。它还适用于其它没有基站或飞行器进行中继的无线传感网远距离通信的场景中。

Description

一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法
技术领域
本发明涉及无线传感网的分布式波束形成技术领域。
背景技术
海洋是人类维持生存繁衍和社会实现可持续发展的重要基地，开发海洋、发展海洋经济是整个人类生存和社会发展的必由之路，鉴于海洋的重要性，对海洋资源与环境的监测正成为世界各国研究的一大热点。海洋信息通常采用卫星作为中继进行传输，海洋与陆地不同，海面上无法架设大的基站与卫星进行通信，同时基站也无法在海面进行随机布撒。而传感器节点由于其低成本和小体积，能够在海面进行随机布撒，但是单个传感器节点的能量较小，无法与卫星直接进行通信，所以需利用海面多传感器节点的分布式(协同)波束形成远距离传输技术实现传感器网络与卫星直接通信。而在波束形成之前则需要一种有效的方式对大量的传感器节点进行管理，组成分布式网络，对传感器节点采集到的数据进行聚合，在此基础上才能够进行分布式波束形成。
现有的无线传感网自组织分簇算法有很多，但几乎都是基于陆地位置相对固定，并且最终通过基站将数据向外传输。考虑由海面传感器浮标组成的无线传感网络，由于其要与卫星直接进行通信需要使用分布式波束形成技术，而该技术必须要解决载波相位同步的问题，所以要求此分布式网络层数不能过多，层数过多则无法进行同步。同时，虽然传感器层数减少，但其节点数量仍需保证，否则无法满足波束形成上星要求。并且海面无法架设大规模基站，当单个簇节点数量无法满足波束形成的功率要求时，这就要求多个簇协助进行波束形成，那么在无基站情况下的簇间通信又成为了新的急待解决的问题。
发明内容
本发明为了实现海面传感器与卫星进行通信时无基站情况下的簇间通信的问题，也是为了解决海面传感器直接与卫星进行通信时采用载波相位同步技术出现的分布式网络层数过多而导致的无法实现同步的问题，及由此导致的海面传感器层数减少，海面传感器节点数量相应减少导致的无法满足波束与卫星通信的功率需求的问题，提出了一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法。
一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，在事件触发机制下，将海面无线传感器浮标充好电并随机布撒在海面指定区域，该方法包括如下步骤：
步骤一、数量为m的节点S的状态均为等待状态，即：my_wait＝1，记录节点编号my_id并随时测得自身的位置坐标(x，y)，此时数量为m的节点S不属于任何一层，即：level＝-1；m≥1；每个节点S均存储通信簇头设定值；
步骤二、数量为m的节点S中的一个节点要向卫星或远距离基站上传数据，该节点成为触发节点T，且该触发节点所在层为my_level＝2，成为触发节点的节点执行步骤三；未成为触发节点的节点继续保持当前状态；
步骤三、触发节点T广播自己的位置坐标(x，y)和节点编号my_id，此时该触发节点T不再处于等待状态，即：my_wait＝0；同时该触发节点T对该触发节点的通信范围Rc(s)内的节点数量进行统计并判断该节点数量与最小波束形成通信节点数量MIN的大小关系，执行步骤四；
步骤四、若统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T只向该触发节点通信范围内的MIN个节点S发送启动自身请求，然后执行步骤六；
若统计的节点数量小于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T向该触发节点通信范围内的所有节点S发送启动自身请求及通知簇头启动其通信范围内节点的请求，并执行步骤五；
步骤五、接收到启动请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H，再通过簇头向簇头通信范围内的其他节点发送启动自身请求，直到触发节点T统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，然后执行步骤六；
步骤六、接收到启动自身请求的MIN个节点S计算自身的权重并广播自身的权重，接收到启动请求的MIN个节点S通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H；成为簇头的节点执行步骤七；
步骤七、成为簇头的节点标记自己的簇头id为my_head_id并变更该簇头的坐标为：head_x＝my_x,head_y＝my_y，同时调整簇头所在层级为零级my_level＝0；然后簇头H广播簇头信息给该簇头通信范围内的所有节点；同时簇头H广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头数量，然后执行步骤八；
步骤八、簇头通信范围内的节点继续比较权重并推举出新簇头，成为新簇头的节点广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头总数head_num_sum并判断簇头总数head_num_sum是否达到通信簇头设定值，执行步骤九；
步骤九、若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum未达到通信簇头设定值，则继续推举新簇头，直到簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，然后执行步骤十；
若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，则执行步骤十；
步骤十、所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点，找完邻居节点的簇头判定该簇头的邻居节点数是否为2，执行步骤十五；同时已启动且未成为簇头的节点执行步骤十一；
步骤十一、已启动且未成为簇头的节点，继续保持当前状态，并判断是否接收到来自某个簇头的广播信息，执行步骤十二；
步骤十二、若未成为簇头的节点接收到来自某个簇头的广播信息，则根据通信距离公式计算出该节点到该簇头的通信距离my_range的值，并将自己设为该簇头的子节点，且该子节点所在层为my_level＝1；所述子节点向该簇头发送成为其子节点的信息，然后执行步骤十三；
若未收到来自某个簇头的广播信息，则该节点为闲散节点N，不参与此次聚簇；
步骤十三、若已成为某个簇头的子节点收到来自于另一个簇头的广播信息，那么计算该子节点与另一个簇头的通信距离my_range的值，并比较两个my_range值的大小，选择my_range值较小的那个簇头为自己的簇头，执行步骤十四；
若已成为某个簇头的子节点未收到来自于另一个簇头的广播信息，那么该子节点保持当前状态，执行步骤十四；所述另一个簇头为非现有簇头；
步骤十四、事件节点T再次统计总节点数量并判断所述总节点数量是否大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，并执行步骤十五；该总节点数量包括簇头数量和簇头的子节点数量；
步骤十五、若同时满足所述簇头的邻居节点数是2且所述总节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，则聚簇成功，执行步骤十六；
否则，聚簇不成功，则通信簇头设定值加1，并再次聚簇，即返回步骤六；若聚簇仍不成功，则通信簇头设定值再加1，直到通信簇头设定值的极限值为止；
步骤十六、聚簇成功后，此时触发节点T已成为子节点，触发节点T将要上传的数据发送给其簇头H，由触发节点T的簇头H共享给其他簇头H，然后再由其他簇头H分别发送给各自的子节点V，储存了数据的所有节点共同形成一束波束上传至卫星或远距离基站，然后解散该簇，所有节点再次处于等待状态，当再次有触发节点T出现时，重复步骤二至步骤十五。
步骤五中所述的接收到启动请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，所述计算自身的权重的方法如下：根据公式计算自身权重，其中d(s,h)是节点S到已推举出的簇头H的距离；d(s,t)是节点S到触发节点T的距离；Eresidual(S)是节点S的剩余能量；Einitial(S)是节点S的初始能量，Rc(s)为节点S的通信范围。
步骤十中所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点的方法如下：
首先，簇头根据簇头广播的信息找到在其通信范围内的簇头；
其次，簇头计算与其通信范围内的簇头之间的距离my_range；my_range就是两个节点之间的距离；
最后，与簇头的距离my_range较小的两个在其通信范围内的簇头称为该簇头的邻居节点。
步骤三、步骤四、步骤五、步骤七、步骤八和步骤十中所述的通信范围Rc(s)为节点S与能与其通信的最远的距离。
本发明的有益效果：本发明所述的方法没有像现有的无线传感网自组织分簇算法那样基于陆地位置相对固定，并且最终通过基站将数据向外传输，而是由海面传感器浮标组成的无线传感网络，且为了满足海面传感器浮标与卫星直接进行通信使用分布式波束形成技术时必须要解决的载波相位同步的问题，本发明采用三层分布式网络层数实现载波相位同步及数据共享。同时，本发明采用的海面传感器浮标在运行该方法时既保证了层数少不影响载波相位同步，还保证了海面传感器浮标与卫星或基站通信时所需的节点数量。本发明无需海面建设大规模基站，当单个海面传感器无法满足波束形成功率要求时，海面传感器浮标发动聚簇请求，多个传感器节点协助工作进行波束形成。
此外，为达到海面传感器浮标即节点的波束形成直接与卫星进行通信的上行输出功率的需要，使用本发明所述的方法能够更加有效的对多节点进行管理。而且，通过簇内路径的建立，能够减少节点内路径的存储空间，由簇头执行数据聚集和融合，能够有效减少冗余信息，提高上传信息的有效性。
本发明所述的方法不仅适用于海面无线传感网与卫星直接进行通信，还适用于其它没有基站或飞行器进行中继的无线传感网远距离通信的场景中。
附图说明
图1为具体实施方式七所述的实施例的簇内层次划分图；图1中T为触发节点，H为簇头，V为簇头的子节点,N为闲散节点；
图2为本发明所述方法的聚簇过程的初始状态图；
图3为本发明所述方法的聚簇过程的出现触发节点T的状态图；
图4为本发明所述方法的聚簇结果图。
具体实施方式
具体实施方式一、本实施方式所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，该方法中的名词：海面无线传感器浮标也称为节点S；波束形成所需的最小节点数量定义为最小波束形成通信节点数量MIN；有数据向卫星或远距离基站上传的节点被称为触发节点T；邻居节点指的是对于簇头而言，与簇头相对距离最小，可直接进行通信的簇头为邻居节点；权重W；子节点V；未参与聚簇的节点N；簇头与簇的子节点的通信距离my_range；簇头H；层数由my_level表示，my_level＝-1表示节点S不属于任何一层，也表示没有加入任何一个簇；my_level＝0表示簇头在0层；my_level＝1表示簇头在1层；
在事件触发机制下，将海面无线传感器浮标充好电并随机布撒在海面指定区域，该方法包括如下步骤：
步骤一、数量为m的节点S的状态均为等待状态，即：my_wait＝1，记录节点编号my_id并随时测得自身的位置坐标(x，y)，此时数量为m的节点S不属于任何一层，即：level＝-1；m≥1；每个节点S均存储通信簇头设定值；
步骤二、数量为m的节点S中的一个节点要向卫星或远距离基站上传数据，该节点成为触发节点T，且该触发节点所在层为my_level＝2，成为触发节点的节点执行步骤三；未成为触发节点的节点继续保持当前状态；
步骤三、触发节点T广播自己的位置坐标(x，y)和节点编号my_id，此时该触发节点T不再处于等待状态，：即my_wait＝0；同时该触发节点T对该触发节点的通信范围Rc(s)内的节点数量进行统计并判断该节点数量与最小波束形成通信节点数量MIN的大小关系，执行步骤四；
步骤四、若统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T只向该触发节点通信范围内的MIN个节点S发送启动自身请求，然后执行步骤六；
若统计的节点数量小于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T向该触发节点通信范围内的所有节点S发送启动自身请求及通知簇头启动其通信范围内节点的请求，并执行步骤五；
步骤五、接收到启动请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H，再通过簇头向簇头通信范围内的其他节点发送启动自身请求，直到触发节点T统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，然后执行步骤六；
步骤六、接收到启动自身请求的MIN个节点S计算自身的权重并广播自身的权重，接收到启动请求的MIN个节点S通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H；成为簇头的节点执行步骤七；
步骤七、成为簇头的节点标记自己的簇头id为my_head_id并变更该簇头的坐标为：head_x＝my_x，head_y＝my_y，同时调整簇头所在层级为零级my_level＝0；然后簇头H广播簇头信息给该簇头通信范围内的所有节点；同时簇头H广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头数量，然后执行步骤八；
步骤八、簇头通信范围内的节点继续比较权重并推举出新簇头，成为新簇头的节点广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头总数head_num_sum并判断簇头总数head_num_sum是否达到通信簇头设定值，执行步骤九；
步骤九、若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum未达到通信簇头设定值，则继续推举新簇头，直到簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，然后执行步骤十；
若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，则执行步骤十；
步骤十、所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点，找完邻居节点的簇头判定该簇头的邻居节点数是否为2，执行步骤十五；同时已启动且未成为簇头的节点执行步骤十一；
步骤十一、已启动且未成为簇头的节点，继续保持当前状态，并判断是否接收到来自某个簇头的广播信息，执行步骤十二；
步骤十二、若未成为簇头的节点接收到来自某个簇头的广播信息，则根据通信距离公式计算出该节点到该簇头的通信距离my_range的值，并将自己设为该簇头的子节点，且该子节点所在层为my_level＝1；所述子节点向该簇头发送成为其子节点的信息，然后执行步骤十三；
若未收到来自某个簇头的广播信息，则该节点为闲散节点N，不参与此次聚簇；
步骤十三、若已成为某个簇头的子节点收到来自于另一个簇头的广播信息，那么计算该子节点与另一个簇头的通信距离my_range的值，并比较两个my_range值的大小，选择my_range值较小的那个簇头为自己的簇头，执行步骤十四；
若已成为某个簇头的子节点未收到来自于另一个簇头的广播信息，那么该子节点保持当前状态，执行步骤十四；所述另一个簇头为非现有簇头；
步骤十四、事件节点T再次统计总节点数量并判断所述总节点数量是否大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，并执行步骤十五；该总节点数量包括簇头数量和簇头的子节点数量；
步骤十五、若同时满足所述簇头的邻居节点数是2且所述总节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，则聚簇成功，执行步骤十六；
否则，聚簇不成功，则通信簇头设定值加1，并再次聚簇，即返回步骤六；若聚簇仍不成功，则通信簇头设定值再加1，直到通信簇头设定值的极限值为止；
步骤十六、聚簇成功后，此时触发节点T已成为子节点，触发节点T将要上传的数据发送给其簇头H，由触发节点T的簇头H共享给其他簇头H，然后再由其他簇头H分别发送给各自的子节点V，储存了数据的所有节点共同形成一束波束上传至卫星或远距离基站，然后解散该簇，所有节点再次处于等待状态，当再次有触发节点T出现时，重复步骤二至步骤十五。
本发明所述的方法依据事件触发的。当节点有事件需要上传时向周围节点发送协作请求，发起聚簇；数据上传完成后簇自动解散。无数据需要上传时节点算法不运行处于等待状态，节省能量消耗。
海面传感器浮标依靠电池供电，延长电池和网络使用寿命使能量优化及能量均衡分布。
本发明所采用的技术方案是：投放到海面的传感器浮标要协作进行波束形成，首先要自组织形成分布式网络，并推举出簇头对各节点及节点信息进行管理。本方案是在考量海面传感网分布式波束形成载波相位同步方法需要建立的路径为基础，优化能量均衡分布，延长网络寿命，根据海面环境，考虑大面积布撒不规则放置的海面传感器浮标场景而提出的。由于海面的不确定性没有对网络尺寸和密度做假设和要求。每个海面传感器浮标即节点单独的执行此方法，经多次迭代后结束，得到一个分层簇结构的网络。网络中并不是所有节点都会成为是簇头或者子节点，只在申请上传信息节点处聚集到能够达到波束形成功率需求的节点，避免资源的浪费。为了便于同步，分层数量控制在不超过三层。每个子节点对根据计算结果比较选出的最近簇头发送数据，然后簇头间信息共享，最后通过簇头转发给其下子节点。
本发明通过节点之间的相互传递，使得每次节点工作时耗费的能量都较少，达到了节能的效果，而且海面传感器浮标组成的网络中能量消耗也很少，延长了该无线传感网的网络寿命。
具体实施方式二、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法的进一步说明，本实施方式中，步骤五中所述的接收到启动请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，所述计算自身的权重的方法如下：根据公式计算自身权重，其中d(s,h)是节点S到已推举出的簇头H的距离；d(s,t)是节点S到触发节点T的距离；Eresidual(S)是节点S的剩余能量；Einitial(S)是节点S的初始能量，Rc(s)为节点S的通信范围。
本实施方式中，计算节点自身的权重是为了推举出簇头。
具体实施方式三、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法的进一步说明，本实施方式中，步骤十中所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点的方法如下：
首先，簇头根据簇头广播的信息找到在其通信范围内的簇头；
其次，簇头计算与其通信范围内的簇头之间的距离my_range；my_range就是两个节点之间的距离；
最后，与簇头的距离my_range较小的两个在其通信范围内的簇头称为该簇头的邻居节点。
举例说明本实施方式中，例如：簇头H1，在簇头H1通信范围内的簇头为簇头H2、簇头H3、簇头H4和簇头H5，根据公式计算簇头H1与簇头H2的距离、簇头H1与簇头H3的距离、簇头H1与簇头H4的距离、簇头H1与簇头H5的距离；其中p和q为正整数；为簇头Hp的坐标。
邻居节点的含义：对于簇头，与其相对距离(my_rang)最小，可直接进行通信的簇头为邻居节点。my_range为两个节点之间的通信距离。
具体实施方式四、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法的进一步说明，本实施方式中，步骤三、步骤四、步骤五、步骤七、步骤八和步骤十中所述的通信范围Rc(s)为节点S与能与其通信的最远的距离。
例如，T(S)是节点S传输范围内的一系列点，那么节点S与能与其通信的最远点的距离为Rc(s)＝{r|r＝maxR(s,u),u∈T(s)}，其中R(S,u)表示节点S与u之间的距离，u表示T(S)中的任意一点，Rc(s)公式里r即为Rc(s)，是数学领域的公知常识。
具体实施方式五、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法的进一步说明，本实施方式中，一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法是非周期的。
具体实施方式六、参照图1、图2、图3和图4具体说明本实施方式，本具体实施方式为实施例，具体如下：
假设海面传感器网络可以包含数百上千个节点，并且海面传感器浮标即节点满足下述条件：1)、节点分布在二维空间里，一旦部署后不能再充电；2)、节点可以通过锚固定、似静态，或近似为海面最常见的整体漂移；3)、每个节点都有自己的通信范围；4)、在节点布撒区域内没有可中继的基站或飞行器；5)、节点具有位置感知能力，可以通过GPS、信号强度或者方向得到位置信息；6)、节点间的能量消耗不同。
海面传感器浮标随机布撒在海面指定区域，下述方面不做要求：1)、网络的尺寸和密度；2)、节点的分布规律；3)、节点间能量消耗的分布；4)、节点成为簇头的概率；5)、网络的同步。
上述假设和模型普遍适用于实际的海面传感器网络。在海面传感器网络中，根据通信范围内节点数量，判定是否需要其他节点协作请求加入聚簇，如果通信范围内已到达波束形成节点数量要求则聚簇在触发节点通信范围内发生。如果触发节点通信范围内节点数未达到波束形成要求则以推举的簇头为起始向外发送请求信息，请求协作波束形成。触发海面传感器浮标即节点采集本地信息并将其发送到簇头。
本发明所述的方法聚簇后的网络具有如下特点：1)、为防止单个簇节点数量达不到波束形成上星需求，在海面没有基站的情况下簇头间可进行通信；2)、采用适于相位同步的环形发散结构，并且层数控制为三层；3)、算法开始前对节点数量进行统计，避免了由于节点数量不够而造成的聚簇失败所导致的能量浪费。4)、推举的簇头节点位置尽量控制在触发节点通信距离二分之一处，使簇头及其下子节点尽可能包括所有算法执行前触发节点统计的节点数量，避免聚簇的失败。5)、算法结束时再次对总节点数量进行统计，结合簇头间通信是否畅通进行判定，由于海面的不确定性允许存在聚簇失败的可能。如果聚簇失败会对簇头推举比例进行调整，再次分簇；6)、为节约能量，聚簇只使用海面部分节点，存在非簇头也非子节点的节点；7)、母节点即簇头具有有限数量的子节点。
图1展示了本方法产生的一个多层簇，其中T1是触发事件节点，H2、H3、H4、H5是簇头。H2的子节点是V6、V7、V8；H3的子节点是V9；H4的子节点是V10、V11；H5的子节点是V12、V13、V14。N15、N16是没有参与到此次聚簇的节点，即闲散节点N，闲散节点N仍然处于等待状态。
图2为本发明所述方法的聚簇过程的初始状态图；图中的每一个方块表示一个节点。
图3为本发明所述方法的聚簇过程的出现触发节点T的状态图；图中的三角形表示触发节点T，图中的圆圈内的为触发节点T的通信范围；图中的圆圈内的方块表示在触发节点T的通信范围内的节点，也是启动的节点，图中的圆圈外的方块表示未启动的节点。
图4为本发明所述方法的聚簇结果图，图中黑色方块为簇头，每一个圆圈代表不同簇头的通信范围。
名词解释：
簇头：一个节点在触发节点范围内具有最大的权重将成为簇头(my_head＝1)。当一个节点成为簇头时，设该节点的层数为零层，即my_level＝0。节点位于负一层的节点，即my_level＝-1的节点在接下来的聚簇过程中仍有可能成为簇头。成为簇头后的节点广播自己的层数my_level,簇头横坐标x(head_x)、簇头纵坐标y(head_y)和簇头id信息即my_id。
子节点：一个节点在收到簇头的广播信息并且在自己不是簇头的情况会成为子节点：1)当my_level不等于1时，节点接收到来自簇头广播的信息，包括my_level和簇头的x，y坐标(head_x，head_y)。这个节点就选择这个簇头作为自己的簇头，并且结合自己和簇头坐标计算节点与簇头的距离。2)当my_level等于1时，这说明该子节点已经选过所属的簇头了。如果簇头的邻居节点中有广播另一个簇头信息，并且到达新广播的簇头更近，新计算的my_range比之前的要小，这个节点随后将选择新发送广播信息的簇头为簇头。
三层网络指的是，在最初把触发节点单独设置为一层，可以先设为my_level＝2，在本发明所述的方法运行过程中，触发节点会和其他节点一样比较权重，计算my_range，最终成为其中某个簇的子节点，此时它的my_level＝1。所以一共my_level有三个值1、2、3三层网络。

Claims (4)

1.一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，其特征在于，在事件触发机制下，将海面无线传感器浮标充好电并随机布撒在海面指定区域，该方法包括如下步骤：
步骤一、数量为m的节点S的状态均为等待状态，即：my_wait＝1，记录节点编号my_id并随时测得自身的位置坐标(x，y)，此时数量为m的节点S不属于任何一层，即：level＝-1；m≥1；每个节点S均存储通信簇头设定值；
步骤二、数量为m的节点S中的一个节点要向卫星或远距离基站上传数据，该节点成为触发节点T，且该触发节点所在层为my_level＝2，成为触发节点的节点执行步骤三；未成为触发节点的节点继续保持当前状态；
步骤三、触发节点T广播自己的位置坐标(x，y)和节点编号my_id，此时该触发节点T不再处于等待状态，即：my_wait＝0；同时该触发节点T对该触发节点的通信范围内的节点数量进行统计并判断该节点数量与最小波束形成通信节点数量MIN的大小关系，执行步骤四；
步骤四、若统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T只向该触发节点通信范围内的MIN个节点S发送启动自身请求，然后执行步骤六；
若统计的节点数量小于最小波束形成通信节点数量MIN，那么该触发节点T向该触发节点通信范围内的所有节点S发送启动自身请求及通知簇头启动其通信范围内节点的请求，并执行步骤五；
步骤五、接收到启动自身请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H，再通过簇头向簇头通信范围内的其他节点发送启动自身请求，直到触发节点T统计的节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，然后执行步骤六；
步骤六、接收到启动自身请求的MIN个节点S计算自身的权重并广播自身的权重，接收到启动自身请求的MIN个节点S通过节点间权重的相互比较，推举权重最大的节点S成为簇头H；成为簇头的节点执行步骤七；
步骤七、成为簇头的节点标记自己的簇头id为my_head_id并变更该簇头的坐标为：head_x＝my_x,head_y＝my_y，同时调整簇头所在层级为零级my_level＝0；然后簇头H广播簇头信息给该簇头通信范围内的所有节点；同时簇头H广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头数量，然后执行步骤八；
步骤八、簇头通信范围内的节点继续比较权重并推举出新簇头，成为新簇头的节点广播簇头信息给触发节点T，触发节点T记录簇头总数head_num_sum并判断簇头总数head_num_sum是否达到通信簇头设定值，执行步骤九；
步骤九、若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum未达到通信簇头设定值，则继续推举新簇头，直到簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，然后执行步骤十；
若触发节点T记录的簇头总数head_num_sum达到通信簇头设定值，则执行步骤十；
步骤十、所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点，找完邻居节点的簇头判定该簇头的邻居节点数是否为2，执行步骤十五；同时已启动且未成为簇头的节点执行步骤十一；
步骤十一、已启动且未成为簇头的节点，继续保持当前状态，并判断是否接收到来自某个簇头的广播信息，执行步骤十二；
步骤十二、若未成为簇头的节点接收到来自某个簇头的广播信息，则根据通信距离公式计算出该节点到该簇头的通信距离my_range的值，并将自己设为该簇头的子节点，且该子节点所在层为my_level＝1；所述子节点向该簇头发送成为其子节点的信息，然后执行步骤十三；
若未收到来自某个簇头的广播信息，则该节点为闲散节点N，不参与此次聚簇；
步骤十三、若已成为某个簇头的子节点收到来自于另一个簇头的广播信息，那么计算该子节点与另一个簇头的通信距离my_range的值，并比较两个my_range值的大小，选择my_range值较小的那个簇头为自己的簇头，执行步骤十四；
若已成为某个簇头的子节点未收到来自于另一个簇头的广播信息，那么该子节点保持当前状态，执行步骤十四；所述另一个簇头为非现有簇头；
步骤十四、触发节点T再次统计总节点数量并判断所述总节点数量是否大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，并执行步骤十五；该总节点数量包括簇头数量和簇头的子节点数量；
步骤十五、若同时满足所述簇头的邻居节点数是2且所述总节点数量大于等于最小波束形成通信节点数量MIN，则聚簇成功，执行步骤十六；
否则，聚簇不成功，则通信簇头设定值加1，并再次聚簇，即返回步骤六；若聚簇仍不成功，则通信簇头设定值再加1，直到通信簇头设定值的极限值为止；
步骤十六、聚簇成功后，此时触发节点T已成为子节点，触发节点T将要上传的数据发送给其簇头H，由触发节点T的簇头H共享给其他簇头H，然后再由其他簇头H分别发送给各自的子节点V，储存了数据的所有节点共同形成一束波束上传至卫星或远距离基站，然后解散该簇，所有节点再次处于等待状态，当再次有触发节点T出现时，重复步骤二至步骤十五。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，其特征在于，步骤五中所述的接收到启动自身请求的所有节点S计算自身的权重并广播自身的权重，所述计算自身的权重的方法如下：根据公式计算自身权重，其中d(s,h)是节点S到已推举出的簇头H的距离；d(s,t)是节点S到触发节点T的距离；Eresidual(S)是节点S的剩余能量；Einitial(S)是节点S的初始能量，r为节点S的通信范围。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，其特征在于，步骤十中所述簇头总数为head_num_sum的簇头在其通信范围内寻找邻居节点的方法如下：
首先，簇头根据簇头广播的信息找到在其通信范围内的簇头；
其次，簇头计算与其通信范围内的簇头之间的距离my_range；my_range就是两个节点之间的距离；
最后，与簇头的距离my_range较小的两个在其通信范围内的簇头称为该簇头的邻居节点。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式波束形成的海面无线传感网分簇方法，其特征在于，步骤三、步骤四、步骤五、步骤七、步骤八和步骤十中所述的通信范围为节点S与能与其通信的最远的距离。
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