[发明专利]一种无线传感网络自适应聚类传输发法及其装置

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种用于无线传感网络的自适应聚类传输发法及其装置。

背景技术：

在现有技术中，公知的技术是在无线传感器网络监测监控领域之中，经常需要使网络工作在自然环境极其恶劣，甚至人类无法到达的区域，这导致无线传感器网络中的节点很多都无法补充能量；同时受限于当前电池生产工艺的瓶颈，以及制造成本等方面的考虑，无线传感器节点的能量通常又非常有限；以上两个原因使得在无线传感器领域中存在的首要问题即能耗问题。研究表明，无线传感器在工作中的能量绝大部分消耗在无线通信模块，也即消耗在信息的转发过程中，所以如何减少这部分的能耗就是无线传感器研究领域的一个重点。

无线传感器网络用以节约能耗的主要手段即均衡利用能量和建立节能路由，无论是单跳通信还是多跳通信，当通信距离发生较大变化时都会导致节点在能量使用上的不均衡，这种情况一旦得不到有效遏制则很容易造成通信负荷较大的节点能量耗尽而成为死亡节点，当死亡节点大幅增加时就会形成网络空洞，进而导致网络整体效能的直线下降乃至网络瘫痪。均衡利用能量的基本思想就是避免出现网络空洞，通过相对复杂的计算和控制机制来平衡全网的能量消耗，但这样同时也会引入额外的控制开销。同样建立节能路由也是针对全网而非单个节点的能量消耗，对于理想的通信环境而言最佳路由即通信能耗最小的路由。在路由选择的同时，使用单径通道可以节省计算和存储方面的开销，而使用多径通道却又能对数据传输的可靠性提供更高的保证，这使得节能路由选择方面的考虑更加复杂。

无线传感器网络用以节约能耗的另一个重要手段就是数据融合，也即节点将接收到的数据进行相干解析或压缩编码，从而降低信息的冗余度。在无线传感器网络中节点会收集到大量的信息，但是又受到能量与时间的限制不能将所有信息全部发送至基站，所以通过信息融合技术可以将处理后的有效信息以最小能量代价传递给基站，这样既可以节约能量又降低了路径拥塞几率，从总体上提高了无线传感器网络收集数据的效率。无线传感网络中的数据融合技术包括数据交换、数据聚集、编解码技术等，在分簇网络结构中数据融合的任务通常由各簇头节点完成，这也导致簇头节点在其工作周期之内相对普通节点要进行更多的运算和操作，从而更进一步加大了簇头节点的能耗，也更容易产生网络空洞。

无线传感器路由协议与应用领域高度相关，因为单一的路由协议无法满足各类需求，故而无线传感器网络的路由协议也尤其丰富，可以依据其通信模式、网络结构、路由建立、状态维护、节点标识及投递方式等进行广泛的分类。其中依据网络结构将其划分为平面路由协议、层次路由协议和基于地理信息的路由协议。总体而言在非基于地理信息的路由协议中传感器节点要承担更多的感知和计算任务，这些都会对节点的能耗产生较大的影响；此外研究表明层次型路由协议在节能性能之上要普遍优于平面型路由协议，但由于在对全网信息的准确把握方面还存在缺陷，其性能有时也会非常不稳定。，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种用于无线传感网络的自适应聚类传输发法及其装置的技术方案，该方案可以大幅延长全网的寿命，在每一轮的传输过程中基站统计全网的地理和能量信息，并在新一轮开始前将这些信息广播至全网；无线传感器节点使用广泛的地理和能量信息作出更加明智的存储、路由和传输选择。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种无线传感器网络自适应聚类传输方法，其特征在于包括如下步骤：

1）对节点进行初始化；

2）选取簇头节点，簇头节点广播自身的簇头地位，所有为当选簇头节点的普通节点依据距离相近的原则请求加入簇头节点，簇头节点接收到请求加入的消息后，生成一个TDMA定时信息表和CDMA扩频编码，将它们与允许节点加入的消息一同发送到请求节点，直至全网节点都确认加入某个簇节点；

3）数据传输时，构建全部的簇头节点之间的最小生成树。

所述的步骤2）根据节点的能量水平筛选簇头节点,凡是能量水平未能达到阈值E_c的候选节点都将即时解除候选节点的身份，这样经过两步选取之后即可得到新的簇头节点集合c(m)，其中阈值E_c可表示为如下式：