[发明专利]一种低开销收敛快的无线传感网分布式平均方法

权利要求书

1.一种低开销收敛快的无线传感网分布式平均方法，其特征在于通过分簇技术，通过簇头节点执行分布式平均，减少迭代过程中通信开销，并有效提升收敛速度，具体包括以下步骤：

(1)无线传感器网络通过分簇算法进行分簇，节点分为普通节点和簇头节点两类，普通节点确定自己所属的簇和簇头；

(2)网内每一个节点对观测对象进行测量，获取测量值并将其当做初步估计值；

(3)簇头节点进行簇内数据统计，并计算出簇内初步估计值的总和；

(4)簇头节点与周围相邻的簇头节点执行分布式平均算法；

(5)簇头节点进行簇内估计值更新操作，完成全网络数据平均值的计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的簇头节点获取簇内节点个数信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的簇内普通节点上传自己的初步估计值给簇头节点，簇头节点采集完簇内普通节点初步估计值后，计算平均值并在簇内广播，簇内普通节点将该平均值作为当前估计值，簇头节点将全簇数据之和作为自己的当前估计值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)包括以下子步骤：

(41)簇头节点与周围簇头邻居相互交换当前估计值和簇内节点数量；

(42)簇头节点计算自己估计值与邻居簇头节点估计值的方差；

(43)簇头节点计算估计值的更新量，并进行估计值更新操作；簇头节点更新自己的估计值；

(44)簇头根据子步骤(42)计算出的方差判断是否需要继续迭代。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)包括簇头节点处理自己的估计值，求取全簇平均后将其广播，簇内节点利用该平均值作为全网络数据平均值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(4)的子步骤(43)所述的簇头节点利用自身估计值、簇内节点数量、邻居簇头估计值和邻居簇内节点数量对估计值更新。

7.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于：

①步骤(1)所述的分簇算法需保证所有簇头的覆盖并集为整个网络，并保证每个节点只属于一个簇头；簇头节点可获取簇内节点的标识，并统计出簇内普通节点个数；

②步骤(2)中所述的网内每个节点都利用自己的传感器对观测对象进行测量，并获得测量值u；

③步骤(3)中所述的簇内数据统计是簇内普通节点将自己测量到的数值和标识组成一个数据包，然后将该数据包上传给簇头节点；簇头节点i计算出簇内测量值之和

ni(1)=Σk∈Ciuk]]>

式C_i中代表簇头节点所覆盖的簇内节点；簇头将该数值以广播方式反馈给簇内各节点，普通节点将该数值作为初步网络估计值；

④子步骤(42)中所述的簇头节点计算自己估计值与邻居簇头的方差是

Di(t)=Σj∈Ni(ni(t)-nj(t))2]]>

式中N_i代表i的邻居簇头集合；

子步骤(43)中所述的簇头节点计算估计值得更新量为

x·i(t)=Σj∈Ni(|Ci|*nj(t)-|Cj|*ni(t))]]>

簇头节点更新自己的估计值

xi(t+1)=xi(t)+x·i(t)]]>

⑤簇头根据子步骤(42)计算出的方差判断是否需要继续迭代的步骤是簇头节点i将方差D_i(t)与预定义的阈值D_set进行对比；如果该方差大于D_set，

节点设置数值up_i＝0；如果该方差小于或等于D_s㈩节点将数值up_i的计数加一；

如果up_i小于另一设定的阈值up_max，则迭代过程继续，簇头节点执行步骤(4)中的子步骤(41)；反之，节点认为全网络数据平均已经达到，终止整个迭代过程；步骤(4)结束。