CN113596858A - 一种无线传感器网络的分簇方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线传感器网络的分簇方法及装置，所述方法获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；根据传感器节点的坐标信息，确定传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；根据内侧轮廓线和外侧轮廓线，确定传感器节点分布区域的中心线，并将中心线划分成预设等分，并将中心线的每等分的中间点确定为参考点；分别将每一参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；向每个簇首节点发送广播信令。本发明能够保证无线传感器网络分簇均匀，延长整个网络的生命周期，同时不涉及复杂的算法模型，成本较低、分簇响应速度快、对处理器性能要求较低，具有很强的通用性。

Description

一种无线传感器网络的分簇方法及装置

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种无线传感器网络的分簇方法及装置。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, 简称WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

无线传感器网络通常要与基站进行通信，而在与基站通信前，一般需要进行无线传感器网络的分簇，分簇的过程就是先确定簇首、再让其它非簇首节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中。簇首将负责收集数据和融合簇内其它节点的数据，并将融合后的数据转发到基站进行处理。

现有技术当中，目前确定簇首的方式通常有以下两种：1）人工凭经验随意确认簇首，这种方式会导致分簇不均匀，使得一部分簇群当中节点数量很少、而一部分簇群当中节点数量过多，节点数量过多的簇群的簇首的能量会很快耗完，降低了网络的生命周期。2）采用复杂的算法模型来确认簇首，这种方式大多基于最优能耗路径来确定位置相对较优的簇首，但依然存在分簇不均匀的问题，同时这种方式成本较高、分簇响应速度慢、对处理器性能要求高。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种无线传感器网络的分簇方法及装置，以解决现有无线传感器网络分簇不均匀的问题的技术问题。

根据本发明实施例的一种无线传感器网络的分簇方法，应用于基站当中，所述方法包括：

获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；

根据所述传感器节点的坐标信息，确定所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；

根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点；

分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；

向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

另外，根据本发明上述实施例的一种无线传感器网络的分簇方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，还包括：

分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

进一步地，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，还包括：

当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出；

将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令。

进一步地，根据所述传感器节点的坐标信息，确定所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线的步骤包括：

基于所述传感器节点的坐标信息，将各所述传感器节点映射到预设坐标系当中；

在所述预设坐标系当中，将分布在最外侧的传感器节点逐一连线，得到所述外侧轮廓线，并将分布在最内侧的传感器节点逐一连线，得到所述内侧轮廓线。

进一步地，将所述中心线划分成预设等分的步骤包括：

基于所述基站的坐标信息，将所述基站映射到所述坐标系当中；

在所述坐标系当中，由所述基站向所述中心线延伸出多条等分射线，以将所述中心线划分成所述预设等分，所述中心线的每一等分均夹在相邻两条所述等分射线之间；

其中，任意相邻两条等分射线的夹角相等。

进一步地，由所述基站向所述中心线延伸出预设数量条等分射线的步骤之前，还包括：

计算出所述中心线相对所述基站的包围角度，并根据所述包围角度获取对应预设的所述等分射线的数量；

根据所述包围角度和所述等分射线的数量，确定相邻两条等分射线的夹角。

进一步地，将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点的步骤包括：

将每相邻两条等分射线的角平分线与所述中心线的相交点作为所述中心线对应等分的中间点。

根据本发明实施例的一种无线传感器网络的分簇装置，应用于基站当中，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；

轮廓线确定模块，用于根据各所述传感器节点的坐标信息，确定各所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；

参考点确定模块，用于根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点；

簇首确定模块，用于分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；

信令发送模块，用于向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

另外，根据本发明上述实施例的一种无线传感器网络的分簇装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述无线传感器网络的分簇装置还包括：

通讯距离计算模块，用于分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

加密算法分配模块，用于根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

加密算法发送模块，用于将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

进一步地，所述无线传感器网络的分簇装置还包括：

簇首更换模块，用于当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点；并将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令；

其中，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出。

与现有技术相比：通过无线传感器网络当中的各传感器节点的分布，确定传感器节点分布区域的中心线，再将中心线划分成预设等分，并将中心线每等分的中间点确定为参考点，然后将每一参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，使得簇首节点处于整个网络中心、且各簇首节点之间分布均匀，从而保证无线传感器网络分簇均匀，使得各簇首节点能耗差异较小，同时由于簇首节点位于簇群中心，使得簇内各普通节点的能耗差异性也较小，从而延长整个网络的生命周期。同时，本分簇方法不涉及复杂的算法模型，成本较低、分簇响应速度快、对处理器性能要求较低，具有很强的通用性。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的无线传感器网络的分簇方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的无线传感器网络的分簇结构示意图；

图3为本发明第五实施例中的无线传感器网络的分簇装置的结构示意图。

以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的无线传感器网络的分簇方法，应用于基站当中，基站与无线传感器网络的传感器节点之间采用无线通信方式进行通信，所述方法具体包括步骤S01- S05。

步骤S01，获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息。

其中，传感器节点的坐标信息可基于传感器节点配置的定位模块（如GPS）获取得到、或者由工作人员在布置传感器节点时手动录入得到，坐标信息可以是三维坐标或者二维坐标。

步骤S02，根据所述传感器节点的坐标信息，确定所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线。

步骤S03，根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点。

在具体实施时，基于各个传感器节点的坐标信息，可以确实各传感器节点的分布区域，而由排布于分布区域最外侧的传感器节点构成的轮廓线即为分布区域的外侧轮廓；同样，由排布于分布区域最内侧的传感器节点构成的轮廓线即为分布区域的内侧轮廓。由于中心线到外侧轮廓和内侧轮廓的距离要相等，因此在外侧轮廓和内侧轮廓已知的情况下，即可确定出分布区域的中心线。然后，将中心线进行划分成预设等分，并将中心线的每等分的中间点（如中点）确定为参考点，例如将中心线划分成三等分，三等分的中点各为一参考点，则一共确定出三个参考点。

需要说明的是，在实际情况当中，为了缩短通讯距离，基站普遍布置于无线传感器网络的中央，而无线传感器网络的各传感器节点则普遍近似均匀的分布于基站的四周，以保证传感器网络的全面覆盖性，因此传感器节点的分布区域的中心线通常近似呈圆形或椭圆形。

步骤S04，分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点。

具体地本步骤的目的在于，在每一个参考点附近找到一个距离其最近的传感器节点，并将其作为簇首节点，因此一个参考点就会对应有一个簇首节点，例如当步骤S02确定出三个参考点，则本步骤则会确定出三个簇首节点。

步骤S05，向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

也即，在确定了簇首节点之后，由于基站知晓所以传感器节点的通讯标识码（如IP地址），因此基站可以向每一簇首节点分别下发一广播信令，簇首节点在接收到广播信令之后，就知晓当前基站已确定自己为簇首，则簇首节点会将自己是簇首的消息广播出去，使得收到簇首广播的普通节点会自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

综上，本发明上述实施例当中的无线传感器网络的分簇方法，通过无线传感器网络当中的各传感器节点的分布，确定传感器节点分布区域的中心线，再将中心线划分成预设等分，并将中心线每等分的中间点确定为参考点，然后将每一参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，使得簇首节点处于整个网络中心、且各簇首节点之间分布均匀，从而保证无线传感器网络分簇均匀，使得各簇首节点能耗差异较小，同时由于簇首节点位于簇群中心，使得簇内各普通节点的能耗差异性也较小，从而延长整个网络的生命周期。同时，本分簇方法不涉及复杂的算法模型，成本较低、分簇响应速度快、对处理器性能要求较低，具有很强的通用性。

实施例二

本发明第二实施例还提出一种无线传感器网络的分簇方法，本实施例当中的分簇方法与第一实施例当中的分簇方法的不同之处在于，步骤S02具体包括：

基于所述传感器节点的坐标信息，将各所述传感器节点映射到预设坐标系当中；

在所述预设坐标系当中，将分布在最外侧的传感器节点逐一连线，得到所述外侧轮廓线，并将分布在最内侧的传感器节点逐一连线，得到所述内侧轮廓线。

在本实施例当中，传感器节点的坐标信息优选为二维坐标，预设坐标系当中优选为二维坐标系，即不考虑高度因素。

如图2所示，将各传感器节点映射到预设坐标系当中之后，可以在预设坐标系当中的相应位置通过黑点或其它标识来代表传感器节点，以在预设坐标系当中形成点群，点群所覆盖的区域即为传感器节点的分布区域，则将分布在外圈的点逐一连线，即形成所述外侧轮廓线1，而将分布在内圈的黑点逐一连线，即形成内侧轮廓线2。由于中心线到外侧轮廓和内侧轮廓的距离要相等，因此在外侧轮廓线1和内侧轮廓线2已知的情况下，即可确定出分布区域的中心线3。

此外，在本实施例当中，将所述中心线划分成预设等分的步骤具体包括：

基于所述基站的坐标信息，将所述基站映射到所述坐标系当中；

在所述坐标系当中，由所述基站向所述中心线延伸出多条等分射线，以将所述中心线划分成所述预设等分，所述中心线的每一等分均夹在相邻两条所述等分射线之间；

其中，任意相邻两条等分射线的夹角相等。

也即，本实施例当中的中心线并不是基于长度来进行等分，而是基于相对基站的夹角来进行等分，原因在于：由于中心线有可能并不完全是规则形状，在不规则部分则很难计算出长度。为此，本实施例基于相对基站的夹角来进行等分，从而无需计算中心线长度，提高处理效率，同时保证分簇的均匀性。

在具体实施时，由所述基站向所述中心线延伸出预设数量条等分射线的步骤之前，还可以包括：

计算出所述中心线相对所述基站的包围角度，并根据所述包围角度获取对应预设的所述等分射线的数量；

根据所述包围角度和所述等分射线的数量，确定相邻两条等分射线的夹角。

其中，中心线相对基站的包围角度为中心线两端点与基站连线之间的夹角，也称中心线相对基站的夹角。通常情况下，中心线的包围角度为360度。

可以理解的，中心线的等分数与等分射线的数量相关，当中心线的包围角度为360度时，中心线的等分数与等分射线的数量相等，即等分射线的数量与所述预设等分的值相等，例如当需要将中心线划分成四等分时，则需要四条等分射线4，如图2所示；当中心线的包围角度小于360度时，等分射线的数量比中心线的等分数大1，即等分射线的数量比所述预设等分的值大1。

因此，在具体实施时，可以先针对不同的中心线包围角度分别预设对应的等分数，例如包围角度为360度，则对应将中心线划分为四等分；包围角度为270度，则对应将中心线划分为三等分。为此，在具体场景当中，当确定中心线包围角度之后，就可以确定中心线的等分数，进而确定等分射线的数量，由于中心线包围角度和等分射线的数量已经确定，因此就可以确定相邻两条等分射线的夹角。

同时，为了快速找到中心线每等分的中间点，将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点的步骤具体包括：

将每相邻两条等分射线的角平分线与所述中心线的相交点作为所述中心线对应等分的中间点。

也即，在本实施例当中，如图2所示，中心线2每等分的中间点并不是整条线段长度的中点，而是将相邻两条等分射线4的角平分线与中心线2的相交点作为中间点，这样可以在面对不规则中心线时，能够快速定位每等分的中间点，从而快速确定参考点、进而快速确定簇首节点。

示例而非限定，如图2所示，当确定参考点之后，通过遍历如参考点A附近的所有传感器节点，找到距离参考点A最近的传感器节点，该传感器节点即被确定为簇首节点B。随后，簇首节点B将广播自己成为簇首的消息，使得距离簇首节点B更近的普通节点自动加入簇首节点B所在的簇群Q1当中；其他簇群(Q2-Q4)的分簇过程一致，在此不做一一阐述。

实施例三

本发明第三实施例还提出一种无线传感器网络的分簇方法，本实施例当中的分簇方法与第一实施例当中的分簇方法的不同之处在于，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，所述方法还可以包括：

分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

其中，平均通讯距离为簇首节点到其所在簇群当中的各普通节点之间距离之和的平均值。簇首节点和普通节点的坐标已知的情况下，可以计算出簇首节点到任一普通节点之间的距离。平均通讯距离的具体计算公式如下：

D=（|P ₀ P ₁ |+|P ₀ P ₂ |+ ^… +| P ₀ P _i |）/i

在上述计算公式当中，D代表平均通讯距离，P ₀ 代表簇首节点，P _i 代表第i个普通节点；| P ₀ P _i |代表簇首节点与第i个普通节点之间的距离，可通过两点间距离公式计算得到，i代表簇群当中普通节点的个数，i≥1且为整数。

也就是说，本实施例会针对不同的平均通讯距离分别预设对应的通讯加密算法，这样在分簇之后，根据每个簇群的平均通讯距离分配对应的通讯加密算法，使得各簇群所采用的通讯加密算法存在差异性，即便个别簇群所采用的通讯加密算法被破解，攻击者依然无法获取其他簇群的通讯数据，提高无线传感器网络的整体安全性和防护等级。此外由于各簇群所采用的通讯加密算法存在差异性，使得他们之间传输的数据不容易形成相互干扰。

此外，需要说明的是，在将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点之后，簇首节点会将通讯加密算法告知本簇群内的各个普通节点，使得簇首节点与普通节点之间、以及簇首节点与基站之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

实施例四

本发明第四实施例还提出一种无线传感器网络的分簇方法，本实施例当中的分簇方法与第一实施例当中的分簇方法的不同之处在于，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，所述方法还可以包括：

当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出，所述目标簇首节点为所有簇首节点当中的任一个；

将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令。

需要说明的是，簇首节点除自身要采集数据之外、还需要收集和转发本簇群当中各普通节点采集的数据、有时还需要广播基站下发的信令，因此簇首节点的能量消耗要比同簇群内普通节点的能量消耗快很多，当簇首节点的能量消耗完之后，其所在簇群将会因无法正常工作而失去生命周期，因此目前无线传感器网络的生命周期普遍较短，这也是目前行业内无法有效解决的一道技术壁垒。

为此，本实施例为了解决这一技术壁垒，提出了一种全新的簇首节点自行请求更换的机制，即当某一簇首节点（即目标簇首节点）的剩余能量低于能量阈值时，该簇首节点会自动向基站上报一更换簇首请求，基站将基于该簇首节点所在簇群当中的各普通节点的坐标，找到与该簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点，并确定该目标普通节点为本簇群的新簇首节点，而原簇首节点将被确定为普通节点，并向该新簇首节点发送广播信令，使其通知本簇群的普通节点更换了簇首节点，从而顺利完成簇首节点的更换，新更换的簇首节点因其之前未当过簇首，且距离原簇首节点最近，其之前能耗更小，因此其剩余能量相对比较充足。与此同时，新更换的簇首节点也依然不是长期固定不变的，其依然可以基于剩余能量的情况来主动请求基站更换簇首，从而有效避免簇群中某个节点的能量过早的消耗完，极大的延长了无线传感器网络的生命周期。

需要说明的是，以上各实施例及其特征之间在没有冲突的情况下可以相互组合。同时，当上述第三实施例和第四实施例结合使用时，可以在更换新簇首节点之后，重新计算本簇群的平行通讯距离，从而同步更换本簇群的通讯加密算法，由此来进一步提高通讯安全和防护等级。

实施例五

本发明另一方面还提供一种无线传感器网络的分簇装置，请查阅图3，所示为本发明第五实施例中的无线传感器网络的分簇装置，应用于基站当中，基站与无线传感器网络的传感器节点之间采用无线通信方式进行通信，所述无线传感器网络的分簇装置具体包括：

信息获取模块11，用于获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；

轮廓线确定模块12，用于根据各所述传感器节点的坐标信息，确定各所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；

参考点确定模块13，用于根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点；

簇首确定模块14，用于分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；

信令发送模块15，用于向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述无线传感器网络的分簇装置还包括：

通讯距离计算模块，用于分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

加密算法分配模块，用于根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

加密算法发送模块，用于将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述无线传感器网络的分簇装置还包括：

簇首更换模块，用于当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点；并将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令；

其中，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出。

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述轮廓线确定模块包括：

节点映射单元，用于基于所述传感器节点的坐标信息，将各所述传感器节点映射到预设坐标系当中；

节点连线模块，用于在所述预设坐标系当中，将分布在最外侧的传感器节点逐一连线，得到所述外侧轮廓线，并将分布在最内侧的传感器节点逐一连线，得到所述内侧轮廓线。

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述参考点确定模块包括：

基站映射单元，用于基于所述基站的坐标信息，将所述基站映射到所述坐标系当中；

中心线等分单元，用于在所述坐标系当中，由所述基站向所述中心线延伸出多条等分射线，以将所述中心线划分成所述预设等分，所述中心线的每一等分均夹在相邻两条所述等分射线之间；

其中，任意相邻两条等分射线的夹角相等

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述参考点确定模块还包括：

数量确定单元，用于计算出所述中心线相对所述基站的包围角度，并根据所述包围角度获取对应预设的所述等分射线的数量；

夹角确定单元，用于根据所述包围角度和所述等分射线的数量，确定相邻两条等分射线的夹角。

进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述参考点确定模块13还用于将每相邻两条等分射线的角平分线与所述中心线的相交点作为所述中心线对应等分的中间点。

上述各模块、单元被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。

综上，本发明上述实施例当中的无线传感器网络的分簇装置，通过无线传感器网络当中的各传感器节点的分布，确定传感器节点分布区域的中心线，再将中心线划分成预设等分，并将中心线每等分的中间点确定为参考点，然后将每一参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，使得簇首节点处于整个网络中心、且各簇首节点之间分布均匀，从而保证无线传感器网络分簇均匀，使得各簇首节点能耗差异较小，同时由于簇首节点位于簇群中心，使得簇内各普通节点的能耗差异性也较小，从而延长整个网络的生命周期。同时，本分簇方法不涉及复杂的算法模型，成本较低、分簇响应速度快、对处理器性能要求较低，具有很强的通用性。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，应用于基站当中，所述方法包括：

获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；

根据所述传感器节点的坐标信息，确定所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；

根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点；

分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；

向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，还包括：

分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

3.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，在将各传感器节点分成多个簇群的步骤之后，还包括：

当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出；

将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令。

4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，根据所述传感器节点的坐标信息，确定所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线的步骤包括：

基于所述传感器节点的坐标信息，将各所述传感器节点映射到预设坐标系当中；

在所述预设坐标系当中，将分布在最外侧的传感器节点逐一连线，得到所述外侧轮廓线，并将分布在最内侧的传感器节点逐一连线，得到所述内侧轮廓线。

5.根据权利要求4所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，将所述中心线划分成预设等分的步骤包括：

基于所述基站的坐标信息，将所述基站映射到所述坐标系当中；

在所述坐标系当中，由所述基站向所述中心线延伸出多条等分射线，以将所述中心线划分成所述预设等分，所述中心线的每一等分均夹在相邻两条所述等分射线之间；

其中，任意相邻两条等分射线的夹角相等。

6.根据权利要求5所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，由所述基站向所述中心线延伸出预设数量条等分射线的步骤之前，还包括：

计算出所述中心线相对所述基站的包围角度，并根据所述包围角度获取对应预设的所述等分射线的数量；

根据所述包围角度和所述等分射线的数量，确定相邻两条等分射线的夹角。

7.根据权利要求5所述的无线传感器网络的分簇方法，其特征在于，将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点的步骤包括：

将每相邻两条等分射线的角平分线与所述中心线的相交点作为所述中心线对应等分的中间点。

8.一种无线传感器网络的分簇装置，其特征在于，应用于基站当中，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取无线传感器网络当中的各传感器节点的坐标信息；

轮廓线确定模块，用于根据各所述传感器节点的坐标信息，确定各所述传感器节点分布区域的内侧轮廓线和外侧轮廓线；

参考点确定模块，用于根据所述内侧轮廓线和所述外侧轮廓线，确定所述传感器节点分布区域的中心线，并将所述中心线划分成预设等分，并将所述中心线的每等分的中间点确定为参考点；

簇首确定模块，用于分别将每一所述参考点距离最近的传感器节点确定为簇首节点，并将所述簇首节点之外的其它传感器节点确定为普通节点；

信令发送模块，用于向每个所述簇首节点发送广播信令，以让每个所述簇首节点以广播形式将自己成为簇首的消息告知普通节点，以使收到簇首广播的普通节点自动加入距离自己最近的簇首节点所在的簇群当中，以将各传感器节点分成多个簇群。

9.根据权利要求8所述的无线传感器网络的分簇装置，其特征在于，所述装置还包括：

通讯距离计算模块，用于分别计算出每一簇群的簇首节点到各普通节点的平均通讯距离；

加密算法分配模块，用于根据每一簇群的平均通讯距离，分别向每一簇群分配对应预设的通讯加密算法；

加密算法发送模块，用于将分配的通讯加密算法发送给对应簇群的簇首节点，以使簇首节点与基站和其所在簇群内的普通节点之间采用对应分配的通讯加密算法进行加密通讯。

10.根据权利要求8或9所述的无线传感器网络的分簇装置，其特征在于，其特征在于，所述装置还包括：

簇首更换模块，用于当接收到任一目标簇首节点上报的更换簇首请求时，根据所述目标簇首节点所在的目标簇群当中的各普通节点的坐标信息，确定所述目标簇群当中与所述目标簇首节点距离最近、且未当过簇首的目标普通节点；并将所述目标普通节点确定为所述目标簇群的新簇首节点，并向所述新簇首节点发送所述广播信令；

其中，所述更换簇首请求在所述目标簇首节点的剩余能量低于能量阈值时发出。

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