[发明专利]一种无线传感器网络中移动节点的分簇方法

说明书

技术领域

本发明为一种无线传感器网络中移动节点的分簇方案，该方案主要用来实现在无线传感器网络中节点移动时节点之间的分簇广播通信，本方案属于无线传感器网络技术领域。 

背景技术

近年来包含移动节点的无线传感器网络逐渐得到了广泛的应用，无线移动传感器网络是一种无基础设施、多跳、自组织的网络。该网络采用无中心分布式控制的方式进行组网，节点既是主机，又充当路由器的角色，通过无线信道进行通信。当网络规模较大时，为了减少路由和控制开销，提高网络的可扩充性和资源的使用率，无线移动传感器网络常常采用基于簇的分级结构，而这种分簇分级结构的形成和维护依赖于某种分簇算法。传统的无线传感器网络大多数是假设所有的节点都是固定的，所以大多数分簇广播方案都是针对固定节点设计的，但在一些特殊的场景中节点是可以连续移动的，此时的路由和网络拓扑是动态变化的，也就是分簇过程也是动态变化的，针对固定节点的分簇广播方案显然不能很好的满足节点移动的网络，本方案综合诸多因素可以很好的解决节点移动过程中的节点分簇问题，同时还考虑到了当存在死亡节点或者节点休眠时网络的连通性问题。 

发明内容

技术问题：无线移动传感器网络是一种无基础设施、多跳、自组织的网络。当网络较大时，为了减少控制和路由开销，提高网络的可扩充性和资源的使用效率，无线移动传感器网络常常采用基于簇的分级结构，而这种分簇分级结构的形成和维护依赖于某种分簇算法，本发明针对无线移动传感器网络提出一种分簇算法，并且综合考虑到节点的移动性，节点度，剩余能量以及簇头之间的重复性等一系列因素。 

技术方案：首先给出几个定义： 

磁性节点：使用带磁性的材料做成的节点，当网络中某节点被选举为簇头时，则开启磁性功能；即如果两个磁性节点在一起时则会互斥，并且磁性可以被关闭和打开。 

连接度：即一个节点所有邻居的个数。 

节点的综合权值：设网络中某节点i综合权值表达式为E_i＝aN_i+bV_i+cD_i，其中a，b，c为三个方面因素的加权值，并且a+b+c=1；N_i，V_i，D_i分别为对应节点i的连接度，移动的速度以及和周围所有邻居的距离和。节点ID_i，节点综合权值E_i。 

簇头节点：通过求max(E_i)来确定的节点i即为簇头。 

簇头个数：节点i邻居节点个数为n，则该簇的簇头节点个数num(n )满足以下公式： 

Hello数据包：Hello数据包的格式为Hello(ID_i,ClusterID_i,RClusterID_i，E_i)，其中ID_i为某节点i的ID号；ClusterID_i为节点i所在簇的ID号，若未加入任何簇，则为NullRClusterID_i为节点i所在簇的后备簇头ID号；E_i为节点的综合权值。Hello数据包分为三类：①邻居发现消息：ID_i≠Null且ClusterID_i＝Null；②簇头消息：ID_i=ClusterID_i≠Null；③加入分簇消息：ID_i≠Null,ClusterID_i≠Null且ID_i≠ClusterID_i。其中ClusterID_i和RClusterID_i是动态定义的数组，其大小分别为num。 

簇头选举方案：节点i发送Hello数据包遍历邻居列表，按节点的综合权值降序排列，并且选取排名第一位的为簇头节点，排名第二位的为后备簇头节点。如果簇头大于一个，则选取排名前num个为簇头节点，之后的num个为后备簇头节点。 

后备簇头节点：即为网关节点，负责两个相邻簇之间的通信，并且一个簇头节点对应一个后备节点。 

锚节点：事先部署在固定区域的一些节点，并且这些节点的地理位置已知，用于死亡节点的定位。 

方法流程 

该分簇方法的流程如图1所示，完整过程将具体描述如下：