[发明专利]基于目标阈值约束的改进LEACH协议的簇头选择算法

权利要求书

1.基于目标阈值约束的改进LEACH协议的簇头选择算法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一：在无线传感器监测区域内随机部署m个传感器节点构成传感器观测集合，记为s＝{s₁,s₂,…,s_i}；设定监测区域为M×M、基站位置固定、静止目标t、每个所述传感器节点s_i的初始能量E_o、被选为簇头节点的概率p、最大运行轮数r_max等；

步骤二：根据无线传感器监测区域中所述传感器节点s_i、所述基站和所述目标t的位置坐标，构建监测区域内所述传感器节点s_i(i∈m)分别到所述目标t和所述基站的距离集合D_st和D_ss，之后分别将所述距离集合D_st和D_ss归一化为0～1区间内的距离因子集合W_st和W_ss,其中W_st＝{w_st(1),w_st(2),…,w_st(i)}和W_ss＝{w_ss(1),w_ss(2),…,w_ss(i)}，无线监测区域内所述传感器节点s_i到所述目标t和到所述基站的距离为d_st(i)和d_ss(i)，即：

所述传感器节点s_i到所述目标t和到所述基站的距离集合D_st和D_ss如下：

D_st＝{d_st(1),d_st(2),…,d_st(i)}，D_ss＝{d_ss(1),d_ss(2),…,d_ss(i)}

对所述传感器节点s_i(i∈m)到所述目标t和到所述基站的距离归一化为ω_st(i)和ω_ss(i)，表示如下：

其中，目标位置坐标(x_t,y_t)，基站位置坐标(x_s,y_s)，传感器节点s_i的坐标(x(i),y(i))；ω_st(i)为传感器节点s_i与目标t归一化后的距离因子，d_st(i)表示节点s_i与目标t之间的距离；d_tmax，d_tmin分别表示监测区域内的节点s_i到目标t的距离最大值和最小值，m表示所述传感器节点个数，ω_ss(i)为传感器节点s_i与基站归一化后的距离因子，d_ss(i)表示节点s_i到基站的距离；d_smax，d_smin分别表示监测区域内的节点到基站的距离最大值和最小值；

步骤三：根据所述传感器节点s_i的剩余能量、硬件构造特性及监测区域环境等因素，确定所述传感器节点s_i对所述目标t有效监测的距离因子阈值T_ωst，所述传感器节点s_i对目标t有效监测的距离阈值T_ωst(i)的表达式为：

其中，第一部分表示节点能量对距离因子阈值的影响，E_s(i)代表当前节点s_i的剩余能量，E₀表示节点的初始能量；第二部分表示传感器节点硬件构造对距离因子阈值的影响，d_st(i)表示监测区域节点s_i与目标t的距离，K_s表示传感器的灵敏度，f_s表示传感器的采样频率，ρ_s表示传感器的稳定性；第三部分为监测区域环境对距离因子阈值的影响，R_hs表示监测区域环境的相对湿度，T_s表示监测区域的温度，ψ_s表示监测区域环境的能见度；

步骤四：将步骤二中所述传感器节点s_i到所述目标t的距离因子ω_st(i)与步骤三中的有效距离因子阈值T_ωst进行比较，如果ω_st(i)≤T_ωst,i∈m，则传感器节点s_i被选为候选观测节点，并且所有候选观测节点构成观测节点集合G′；

步骤五：在传感器候选观测节点集合G′中，对所述传感器节点s_i(i∈G′)进行簇头选择，即将传感器节点s_i产生的0～1之间均匀分布的随机数T_rand(i)与该节点被选为簇头节点的阈值T(i)进行比较，若T_rand(i)≤T(i),i∈G′,则该节点被选为簇头节点，所有簇头节点构成簇头集合C′；

步骤六：对于集合C′中的每个簇头节点，首先在整个监测区域内广播自己成为簇头节点的信息，然后簇头节点为加入该簇的成员节点分配数据传输通道并接收簇成员节点发送的采样数据，然后将接收的数据进行相关数据融合并将融合后的数据传输给基站；

步骤七：每个非簇头节点比较自己与集合C′中的簇头节点以及基站的距离，选择要加入的簇，如果该节点距离基站最近，则该节点不加入任何簇，否则该节点加入到与此节点距离最近的簇头节点所在的簇，最后所有簇构成簇集合C_N′，其中簇成员节点构成非簇头集合N′；

步骤八：簇集合C_N′中每一个簇的成员节点负责将采集到的目标信息传输给簇头节点，对于没有加入任何簇的节点直接与基站进行传输数据；

步骤九：保存所述各传感器节点的剩余能量，以及各节点进行簇头选择的情况；

步骤十：重复步骤五～步骤九，直到达到预设的运行次数，即r＝r_max或各候选节点能量耗尽，之后比较每轮中各节点的剩余能量及存活节点个数。