CN112888006A - 一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法 - Google Patents

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邓靖川
冯海云
杜晓丹
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Abstract

本发明公开了一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，属于无线传感网拓扑控制技术领域，该基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法包括下列步骤：建立传感器拓扑，包括若干一般传感器节点；利用CABG分簇算法进行簇划分，形成合理稳定的簇结构；由sink节点及其邻居节点形成具有n个节点的初始网络；在初始网络中随即选择一个节点进行长度为d得随机行走，构成局域网络；在局域网络中行走长度d中间设置汇聚点；各个汇聚点之间通过双向对称链路连接；该算法通过节点快速传输至汇聚点，汇聚点在空间局域网络存在多个，同时进行信息传输，简化算法，减少能耗。

Description

一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法
技术领域
本发明属于无线传感网拓扑控制技术领域，尤其涉及一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)具有自组织、自适应及鲁棒性较好的特点，其无线传感器节点体积小、成本低、功耗低的特点。在监测环境中，网络中的大量传感器节点可迅速自组织为一个适应性较好的监测网络，并且可以在恶劣环境下很好地执行任务。
算法(Algorithm)是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。
现有的算法在计算时按照算法步骤进行一步一步的计算，计算过程复杂，步骤较多的情况下计算效率低，能耗产生较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，简化计算，降低计算能耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，该基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法包括下列步骤：
S1、建立传感器拓扑，包括若干一般传感器节点；
S2、利用CABG分簇算法进行簇划分，形成合理稳定的簇结构；
S3、由sink节点及其邻居节点形成具有n个节点的初始网络；
S4、在初始网络中随即选择一个节点进行长度为d得随机行走，构成局域网络；
S5、在局域网络中行走长度d中间设置汇聚点；
S6、各个汇聚点之间通过双向对称链路连接。
优选的，所述步骤S1中包含异构节点和普通节点；所述异构节点为剩余能量充足的节点；所述普通节点为剩余能量非充足的节点。
优选的，所述步骤S2中簇结构为若干由一般传感器节点组成的分簇，其中所述异构节点作为各个分簇的簇首。
优选的，所述步骤S4中局域网络包括多个节点，每两个相邻的局域网络之间存在相同覆盖区域。
优选的，所述步骤S5中各个汇聚点与周围节点的距离一致，同时与周围结点的距离等于信息传输长度。
本发明的有益效果是：该基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，设置节点包括异构节点和普通节点，并在空间设置合理稳定的簇结构，同时以异构节点为簇首，在各个节点之间设置汇聚点，各个汇聚点与周围节点的距离一致，同时与周围结点的距离等于信息传输长度，增加信息传输效率，通过节点快速传输至汇聚点，汇聚点在空间局域网络存在多个，同时进行信息传输，简化算法，减少能耗。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法的示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
请参考图1，下面将结合附图对本发明实施例的基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法作详细说明。
该基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法包括下列步骤：
S1、建立传感器拓扑，包括若干一般传感器节点；
S2、利用CABG分簇算法进行簇划分，形成合理稳定的簇结构；
S3、由sink节点及其邻居节点形成具有n个节点的初始网络；
S4、在初始网络中随即选择一个节点进行长度为d得随机行走，构成局域网络；
S5、在局域网络中行走长度d中间设置汇聚点；
S6、各个汇聚点之间通过双向对称链路连接。
具体的，所述步骤S1中包含异构节点和普通节点；所述异构节点为剩余能量充足的节点；所述普通节点为剩余能量非充足的节点。
具体的，所述步骤S2中簇结构为若干由一般传感器节点组成的分簇，其中所述异构节点作为各个分簇的簇首。
具体的，所述步骤S4中局域网络包括多个节点，每两个相邻的局域网络之间存在相同覆盖区域。
具体的，所述步骤S5中各个汇聚点与周围节点的距离一致，同时与周围结点的距离等于信息传输长度。
对于上述实施例，无线传感器网络拓扑控制结合小世界网络作为复杂网络的另--重要特性具有小的平均路径和大的聚类系数的特点，在实际应用中有目的地根据小世界网络特性构造无线传感器网络,将会在高效的数据查询、能量的有效利用、网络的可生存性和可靠性.上有很大的提高。
针对动态、异构网络环境，算法首先定义了贝叶斯博弈分簇模型，将无线传感器网络的簇头选举抽象为多人的博弈过程，通过节点之间的贝叶斯博弈实现节点间的簇头选举；其次对分簇模型的贝叶斯均衡进行了分析。由于博弈模型的支付函数在设计.上考虑了节点能耗和路径损耗等因素，并通过“Harsanyi转换”将不完全信息静态博弈转换为完全但不完美信息博弈，因此通过博弈可以实现节点间合理的簇头选举。仿真实验表明，该算法在实现簇头合理分布和优化网络拓扑的基础上，能保证数据传输的实时性、网络能耗的稳定性、能量分布的均匀性，有效延长网络生命周期。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，其特征在于，该基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法包括下列步骤：
S1、建立传感器拓扑，包括若干一般传感器节点；
S2、利用CABG分簇算法进行簇划分，形成合理稳定的簇结构；
S3、由sink节点及其邻居节点形成具有n个节点的初始网络；
S4、在初始网络中随即选择一个节点进行长度为d得随机行走，构成局域网络；
S5、在局域网络中行走长度d中间设置汇聚点；
S6、各个汇聚点之间通过双向对称链路连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，其特征在于，所述步骤S1中包含异构节点和普通节点；所述异构节点为剩余能量充足的节点；所述普通节点为剩余能量非充足的节点。
3.根据权利要求2所述的一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，其特征在于，所述步骤S2中簇结构为若干由一般传感器节点组成的分簇，其中所述异构节点作为各个分簇的簇首。
4.根据权利要求1所述的一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，其特征在于，所述步骤S4中局域网络包括多个节点，每两个相邻的局域网络之间存在相同覆盖区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于传感器拓扑简化与能耗优化的算法，其特征在于，所述步骤S5中各个汇聚点与周围节点的距离一致，同时与周围结点的距离等于信息传输长度。
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US20040235468A1 (en) * 2003-05-19 2004-11-25 Luebke Charles J. Wireless network clustering communication system, wireless communication network, and access port for same
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郑耿忠: "无线传感器网络拓扑控制与优化研究", 《中国优秀博士论文合辑》 *

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