[发明专利]一种基于覆盖率进行生存性分析的无线传感网选簇方法

说明书

本发明公开了一种基于覆盖率作为生存性分析的选簇协议，解决了LEACH协议中簇首选举方法随机性弱点和仅仅考虑存活节点个数作的不足。在LEACH协议中，最耗能的节点就是簇首节点，所以当选为簇首的节点更容易死亡，考虑到这个问题，本协议采用选取邻节点最多的节点作为簇首节点，并采用覆盖率来对网络进行生存性分析，即以存活节点所覆盖面积与全部节点所覆盖面积的比值作为依据来衡量网络生存性，使得网络保证覆盖率的有效生存时间更长。

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络的选簇协议，尤其是一种基于覆盖率来进行生存性分析的选簇协议。

背景技术

无线传感器网络是由大量的传感器节点构成的一种自组织网络。这种网络系统可以被广泛应用于环境监测、医疗护理、军事国防、智能家居等领域。通过在感知区域放置大量的密集部署的传感器节点，用户可以通过无线完成对指定区域的监控。无线传感器网络的系统构架通常是由传感器节点(即所有簇内节点)、汇聚节点(Sink)以及任务管理节点组成。传感器节点，是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。汇聚节点(Sink)连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。因此汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强。

目前，基于分簇的协议是无线传感器网络的主要节能手段之一。在分簇路由协议中，将部分存在一定关联的节点划分成一个集合，称为簇。在该集合中推选某个节点作为中心节点，称为簇首节点，简称簇首；其余节点则为簇成员节点。簇首节点对簇内成员节点进行管理从而实现协同工作，并负责收集簇内的信息和簇间信息转发。通过将无线传感器网络的传感器节点分簇，能够有效地组织网络拓扑，采用多跳传输的方式进行通讯，可以减少长距离的传输，因此能够有效减少能源的消耗，进而延长网络生命期。但是无线传感器网络是一种节点数目分布密集的网络，在一些现有的协议[6，7，8，9，10]中是对LEACH协议的各种改进，以上协议性能的评估都是基于节点的存活个数、网络总能耗和sink节点接收数据总量。目前为止没有协议是用网络的覆盖率来对网络进行性能评估。节点的存活个数只是片面的说明了网络中存活的节点数目，但是不能说明这些存活的节点都是高效的节点，都是有用的节点，有可能存活的节点冗余度很大，对监测区域的覆盖率很小。而通过用网络的覆盖率来对网络进行性能评估能够利用节点的冗余度来使网络的监测区域达到最大。

一些文献提出对覆盖问题的研究以及应用，它们都是通过覆盖率来对工作节点进行布置优化从而使工作的节点冗余度能够达到最小，也就是通过减少工作节点的数目来延长网络的生存周期，是利用覆盖率来减小节点的冗余度来达到节能的目的。对网络的生存性评估并没有改变，还是通过存活节点的数目，网络的能耗和sink节点的接收数据量等来进行评估。

针对LEACH协议及以上协议中生存性分析存在问题，我们提出了本发明的协议。在LEACH协议中，最耗能的节点就是簇首节点，所以当选为簇首的节点更容易死亡，考虑到这个问题，本发明协议通过对LEACH协议的改进，通过选取邻节点数(NeighborNodes)较多的节点作为簇首，充分利用传感器节点的冗余问题，选取冗余度较大的节点作为簇首，通过计算网络的覆盖率来分析网络的生存性能。冗余度大的节点相对冗余度小的节点的死亡对网络覆盖率来说影响较小，有些节点死亡甚至不影响网络的覆盖率。用neighborCount_i表示节点i的邻居节点数目，用CR表示每轮中的覆盖率。对于节点密集的传感器网络，用覆盖率作为网络的生存性分析更为准确直观。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于覆盖率作为生存性分析的选簇无线传感网选簇方法，解决了LEACH协议中簇首选举方法随机性弱点和仅仅利用存活节点个数作为生存性分析的不足。在LEACH协议中，最耗能的节点就是簇首节点，所以当选为簇首的节点更容易死亡，考虑到这个问题，本协议采用选取邻节点最多的节点作为簇首节点，并采用覆盖率来对网络进行生存性分析，即以存活节点所覆盖面积与全部节点所覆盖面积的比值作为依据来衡量网络生存性，使得网络保证覆盖率的有效生存时间更长。