[发明专利]一种无线传感器网络及其分簇方法

说明书

本申请公开了一种无线传感器网络及其分簇方法，该方法包括如下步骤：获得无线传感器网络内每个节点的初始能量；根据初始能量，计算节点成为簇头节点的概率；获得节点的能耗率；根据节点成为簇头节点的概率和节点能耗率计算节点成为簇头节点的阈值；根据获得的节点成为簇头节点的阈值选择簇头节点。本申请将安全信任与能量相结合，为WSN提出了一种高效的基于节点信任的能量优化分簇方法，在保证网络安全性的同时提高网络能效，从而优化系统性能。

技术领域

本申请涉及通信领域，特别的涉及一种无线传感器网络及其分簇方法。

背景技术

智能电网和智慧城市作为物联网重要的应用，用来解决传统网络所面临的不断增长的需求、可靠性及安全性的挑战，无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在智能电网、智慧城市中的应用日益广泛。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量节点组成，这些节点可以独立地收集信息，以无线模式进行通信，以自组织方式进行存储和处理数据，并且有着易于部署、低成本和覆盖面积大等优势。因此，WSN被认为是用于监测智能电网和智慧城市信息的一种非常有前途的通信技术，可以提高网络的性能。然而WSN在诸多应用中也面临着新的挑战。传感器节点通常部署环境较为恶劣，而传感器节点本身的能量资源又受到限制，这对WSN的能效性提出了更高的要求。同时，网络因任何威胁而出现故障，可能造成包括系统故障、市场混乱和危及人类安全等严重后果。因此，建立有效的方案来解决网络的能效性、可靠性及安全性是十分必要的。

首先，集中研究WSN的能效性。现有技术表明，能源效率始终是WSN中的主要问题。低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)作为经典的聚类算法可以有效的提高网络可扩展性和吞吐量，其假设网络中所有的节点是同构的，即拥有相同的初始能量，忽略了节点能量异质性的影响。随着社会的进步对WSN的要求越来越高，异构无线传感器网络(Heterogeneous Wireless Sensor Network,HWSN)的出现不仅更符合实际部署环境而且能够带来更好的性能，而且成为推动物联网发展的重要组成部分。

WSN受到的攻击可以分为两类：内部攻击和外部攻击。内部攻击是由WSN中行为不端的节点引起的。近期研究表明，WSN的内部攻击远比外部攻击更有害。虽然身份验证和加密机制可以有效抵御外部攻击，但不能有效保障WSN内部网络安全。

发明内容

基于此，本申请提出一种无线传感器网络及其分簇方法，用以解决现有的异构WSN能效及安全问题，在保证WSN生命周期延长的同时，提高其系统的可靠性和安全性，从而获取更多的有效且可靠的传输消息。

本申请提出一种无线传感器网络分簇方法，包括如下步骤：获得无线传感器网络内每个节点的初始能量；根据初始能量，计算节点成为簇头节点的概率；获得节点的能耗率；根据节点成为簇头节点的概率和节点能耗率计算节点成为簇头节点的阈值；根据获得的节点成为簇头节点的阈值选择簇头节点。

优选地，其中在选择簇头节点时，还计算节点的信任值，根据获得的节点成为簇头节点的阈值和节点的信任值选择簇头节点。

优选地，其中通过统计节点历史交互信息，计算节点的信任值。

优选地，还包括步骤：被选择为簇头节点的节点广播自己当选簇头节点的消息；非簇头节点向簇头节点传输数据；簇头节点收集来自簇内非簇头节点发送的数据后，将这些数据汇集、融合后转发给基站。

优选地，其中非簇头节点根据广播接收信号的强度决定所属集群。

优选地，其中非簇头节点根据簇头节点分配的时分多址时隙表，在固定的时隙向簇头节点传输数据。

优选地，其中在簇头节点工作预定时间之后，判断无线传感器网络内节点的存活数，如果存活数大于零，则重新开始选择新的簇头节点。