[发明专利]物联网中基于能耗最小的分簇组网方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，特别涉及物联网中一种基于能耗最小的分簇组网方法，主要用于节省节点能量。

背景技术

物联网是新一代互联网技术，实现了物与物间通信，广泛应用于智能交通、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、敌情侦查等多个领域。其涉及的技术种类多，几乎涵盖了信息通信领域的所有技术，这里主要考察其中的接入技术。

在终端节点接入互联网时，当节点距离接入点AP较远时直接与AP通信会消耗较多的能量，对于采用电池供电的终端节点来说这将很快耗尽其能量以及频繁更换电池。因此，需要提出一种方法来延长节点的续航时间。采用分簇转发技术可以节省节点能量，现有的分簇技术可以归结为以下四种：

第一种，先从所有节点中选出一些节点，比较这些节点的节点度，节点度大的节点成为簇头；然后，其余节点从这些簇头中找出距离最近的簇头加入该簇。

第二种，先从所有节点中选出一些节点，比较这些节点的剩余能量，剩余能量多的节点成为簇头；然后，其余节点从这些簇头中找出距离最近的簇头加入该簇。

第三种，先从所有节点中选出一些节点，比较这些节点的节点度，节点度大的节点成为簇头；然后，其余节点从接收到的簇头信号中找出最强的信号加入该簇。

第四种，先从所有节点中选出一些节点，比较这些节点的剩余能量，剩余能量多的节点成为簇头；然后，其余节点从接收到的簇头信号中找出最强的信号加入该簇。

这四种分簇方法的优点在于：能实现距离接入点AP较远甚至不在其通信范围内的节点进行通信；但有一个共同的缺陷是，节点每次发送数据时能耗很大，采用电池供电的节点很快耗尽其能量，导致频繁地更换电池，不能满足物联网中网络部署完成后能够在最长时间周期内使用的要求。

发明内容

本发明的目的针对上述已有技术的不足，提出一种物联网中基于能耗最小的分簇组网方法，以使节点均以最小能耗发送数据，满足物联网中网络部署完成后能够在最长时间周期内使用的要求。

实现本发明目的的技术思路是：在网络部署完成后，所有节点寻找传输数据路径损耗最小的数据链路以及建立数据转发表，接入点AP根据数据转发表分簇，具体步骤包括如下：

（1）部署计划接入互联网的设备，包含一个接入点AP和若干终端节点，随后由接入点AP广播一个数据分组，通知所有节点开始分簇；

（2）收到数据分组的节点开始寻找传输数据路径损耗最小的数据链路：

（2a）节点n_j根据节点本身与接入点AP的距离d_j0，计算直传链路的路径损耗E_j，j=1,2,3···N，N为网络中总的节点数；

（2b）节点n_j计算经过邻居节点转发的最小路径损耗

（2c）对步骤（2a）和步骤（2b）的计算结果进行比较，寻找节点n_j的转发节点，并对相应的链路标识：

如果则转发节点为n_k，并将节点n_j至节点n_k的链路标识为γ_jk，将节点n_k至接入点AP的链路标识为γ_k0；

如果则不存在转发节点，并将节点n_j至接入点AP的链路标识为γ_j0；

（2d）重复步骤（2a）至步骤（2c），所有节点完成寻找传输数据路径损耗最小的数据链路，同时具有了链路标识；

（3）所有节点根据链路标识建立一张数据转发表；

（4）接入点AP根据数据转发表进行分簇：

（4a）所有节点将各自的数据转发表发送给接入点AP；

（4b）AP将所有数据转发表中对应元素值相加，得到新的数据转发表，记为M；

（4c）如果新的数据转发表M中的元素值为1，则将该元素列号对应的节点作为簇头，元素行号对应的节点作为簇成员；

（5）接入点AP将分簇结果，通过发送一个数据分组告知所有节点，至此分簇组网完成。

本发明具有如下优点:

1、在簇的划分过程中，通过采用数据转发表，使得簇头和簇成员的选取同步进行，从而有效地减少了分簇的复杂性；

2、通过终端节点和接入点AP共同参与分簇，确保了分簇信息的真实性，从而有效地提高了分簇的可靠性；