[发明专利]一种簇头选择方法、簇头选择系统和多跳网络

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种簇头选择方法、簇头选择系统和多跳网络。

背景技术

在无线传感器网络中，节点由于受到存储能力、体积、能量等因素的限制，只能与周围的邻居节点进行数据交换，如果节点希望与通信范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行数据转发。

为了降低整个网络的能量消耗以及提高网络的生存时间，需要对无线传感器网络进行分簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，簇头节点负责簇内的数据收集、数据融合处理以及数据转发，同时簇头节点的选择需要周期性的更新。

目前常用的分簇方法主要有：低功耗自适应分簇路由协议(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy，LEACH)和能量高效聚集的传感器信息系统协议(Power-EfficientGAtheringinSensorInformationSystems,Pegasis)。

LEACH协议的基本思想是通过随机循环地选择簇头节点，簇头节点将簇内节点产生的数据进行融合处理后，发送到汇聚节点。LEACH采用TDMA的MAC层机制来减少簇内和簇间的冲突。在经过一定的时间间隔后，再随机重新选举簇头节点，以保证无线传感器网络中的能量均匀分布。但是，LEACH协议没有考虑节点剩余能量的问题，使得剩余能量较少的节点也可能当选为簇头节点。由于剩余能量较少的节点被选举为簇头后，便会出现簇头过早死亡的现象，一旦簇头经常死亡，簇内成员便无法将数据传送给簇头，造成网络不稳定。

Pegasis协议的基本思想是在传感器节点中采用链式结构进行连接，每个节点利用信号的强度来计算其所有邻居节点的距离，通过调整发送信号的强弱来确保只有最近的邻居节点才能感知。链中只选择一个节点作为链首向汇聚节点发送数据。但是对于与链首节点较远的节点来说，会造成较大的数据延时。

目前无线传感器网络下的分簇协议受到能量消耗的制约，并且只能获得局部拓扑结构信息，严重影响了整个网络的能量开销以及网络生存时间。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种簇头选择方法、簇头选择系统和多跳网络。该簇头选择方法按照剩余能量来选择簇头节点，保证了整个网络的能量分布更加均匀；同时，还提出了与节点剩余能量相关的休眠机制，这种休眠机制能使节点的生存时间延长，从而延长了整个网络的生存时间。

本发明提供一种簇头选择方法，包括：

各个节点将自身的能量信息发送给基站；

所述基站根据各个所述节点发送的能量信息计算网络平均能量和本轮簇头选择的阈值，并将所述网络平均能量和所述阈值回传给各个所述节点；

各个所述节点根据当前自身能量与所述网络平均能量的第一比值确定其在本轮簇头选择过程中是否进入休眠状态；

未进入休眠状态的所述节点生成随机数，并判断其随机数与所述第一比值的比值是否小于所述阈值，如果是，则选择该所述节点为簇头节点，其中，所述随机数为0-1之间的数。

优选地，所述节点根据当前自身能量与所述网络平均能量的第一比值确定其在本轮簇头选择过程中是否进入休眠状态包括：

判断所述节点的当前自身能量与所述网络平均能量的第一比值是否小于30％；如果是，所述节点在本轮簇头选择过程中进入休眠状态；否则，所述节点在本轮簇头选择过程中不进入休眠状态。

优选地，所述网络平均能量为将自身的能量信息发送给所述基站的所有所述节点的能量平均；所述阈值的计算公式为：