[发明专利]一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法

说明书

本发明公开了一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，在簇生成阶段，目标关联的簇生成方法可以有效筛选与目标相关的节点加入簇，并将能量较低的节点排除，保证了网络的融合精度和网络寿命；在簇头选举阶段，簇头节点可以保证簇内的通信总消耗最优，同时防止单个节点成为多个簇的簇头，避免了个别节点负担过重快速消亡的问题；最后在拓扑裁剪的过程中，通过有效均衡节点的通信连接数来保证网络寿命，同时在削减拓扑时考虑到对融合精度的影响，尽可能减小精度损失。

技术领域

本发明属于无线传感器网络和多源信息融合技术领域，具体涉及一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，广泛应用于多智能体分布式协同中。

背景技术

近年来，在目标感知无线传感器网络中，多源信息融合技术得到了较为广泛的应用。同时，在实际应用中，考虑到无线传感器网络中节点能量，传输带宽以及计算资源的有限性，相关学者提出了一系列方法来优化传感器网络能量消耗，从而达到延长网络寿命，获得更好的实际应用效果的目的。

在无线传感器网络中，分簇算法是一种常用且有效的网络能量优化方法。分簇方法通过将传感器网络中的节点划分为多个簇，并在每个簇中设定局部的簇头节点来负责簇内信息的协调和融合工作。一般来讲，在采用分簇方法进行优化的无线传感器网络中，各节点的通信对象主要集中在簇内，通信负载和融合负载上都相对减少，能量消耗相对均衡，网络寿命相对较长。

然而，虽然现有的分簇方法可以有效地改善无线传感器网络的性能，但目前大多数的分簇方法都是针对单目标问题的，很少有针对多目标情景设计的网络分簇方法。故有必要针对多目标问题设计相应的的网络分簇方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，结合多目标情景下的实际需求，使得融合精度和网络寿命可以得到充分的保证。

一种多目标情景中无线传感器网络的节能分簇方法，包括如下步骤：

步骤一、目标相关的簇生成过程，具体包括以下步骤：

Step 1：当无线传感器网络中的任意一个节点发现一个目标时，该节点将会广播发送发现目标消息，网络中每个节点根据其是否收到其它节点发送的发现目标消息来确定是否有其他节点已经发起了针对同一目标的组网申请：若没有收到针对同一目标的发现目标消息，则该节点会向其它节点广播发出一个ClusterMsg申请，发起组网申请；若收到针对同一目标的发现目标消息，该节点不动作；

Step 2：每个收到ClusterMsg申请信息的节点按照式(1)给出的形式判断自身是否适合参与该簇；

其中，E_cur和E_max表示当前节点的能量值和网络中能量的最高值；||Z₂-Z₁||表示当前节点观测到的轨迹与当前簇对应的目标轨迹之间的跟踪误差，e_max表示误差上限；α为时变参数；

如果P_tch＞P_tch0，其中P_tch0表示设定的阈值，则该节点会向发起组网的节点发出MemberMsg信息来申请加入簇；如果P_tch≤P_tch0，节点不发出MemberMsg信息；

步骤二、分布式簇头选举过程，具体为：

Step 1:当前簇中每个节点基于式(2)计算出ω_head,并广播发送包含ω_head的比较消息CompareMsg；