[发明专利]一种无线传感器网络中移动节点的分簇方法

摘要

本发明是一种无线传感器网络中移动节点的分簇方法，随着无线移动节点传感器网络的发展，现有的无线传感器网络大多数是假设所有的节点都是固定的，所以大多数分簇广播方案都是针对固定节点设计的，但在一些特殊的场景中节点是可以连续移动的，此时的路由和网络拓扑是动态变化的，也就是分簇过程也是动态变化的，针对固定节点的分簇广播方案显然不能很好的满足节点移动的网络，本方案考虑到诸多因素后可以很好的解决节点移动过程中的分簇，同时还考虑到了当存在死节点时网络的连通性问题。

主权项

一种无线传感器网络中移动结点的分簇方法，其特征在于该分簇方法适合特殊场景中移动结点的分簇，考虑了诸多方面的因素，具体过程如下：步骤1）在目标区域以网格的形式部署固定的锚节点，即三角形节点，并且记录下各自的地理坐标信息；步骤2）基站节点及周围节点广播发送Hello数据包中的邻居发现消息，找到邻居节点并加入各自的邻居节点表；步骤3）经过时间T后，基站的邻居即基站圆圈内的所有节点，根据簇头选举方案选出簇头节点1、2和后备节点3、4，并且开启簇头的磁性功能，然后广播簇头建立信息给该区域所有的节点，同时簇头节点和后备簇头节点的地理位置信息发送给锚节点A；步骤4）如果接受节点为普通类型节点，假设为节点5收到节点1的Hello数据包时先更新其邻居节点表，然后判断消息内容的类型，该消息为簇头消息并且该节点未加入任何簇，则立即把节点1的ID号写进ClusterID，表示加入了该簇并且广播一个加入该簇的信息；当节点5收到节点4的Hello数据包时再次更新邻居节点表，然后判断消息类型，该消息为后备簇头节点且自身的Hello消息的后备簇头节点为空，此时节点把后备簇头节点ID号写进RClusterID，然后广播一个加入该簇的信息；步骤5）后备簇头节点3和4成为网关并且继续发送Hello数据包中的邻居发现消息来寻找邻居节点建立邻居节点表，然后继续选取簇头节点和后备簇头节点，依次继续下去直到所有的移动传感网络节点都已经加入簇；步骤6）当簇头节点1和2在某个时间点移动到一起时，由于磁性相斥，所以两个簇的簇头节点不会移动到一起；步骤7）当簇头节点2突然变为死结点时，后备簇头节点4立即取代簇头的位置成为簇头节点，并且广播通知该簇的所有成员和它上一级的簇头即基站，然后用簇头选举法再次选择一个簇头节点作为后备簇头节点；步骤8）后备簇头节点3、4继续发送Hello数据包中的邻居发现消息来寻找邻居节点建立邻居节点表，节点3选取簇头节点5、6和后备簇头7、8，节点4选取簇头节点9和后备簇头节点10，依次继续下去直到所有的移动传感网络节点都已经加入簇；步骤8）簇头节点9和后备簇头节点10以所有在其通信范围内的锚节点B、C、D、F的几何质心作为自己的估计位置；具体过程如下：锚节点B、C、D、F每隔一段时间向邻居节点广播一个信标信号，信号中包含有锚节点自身的ID和位置信息，当节点11在一段侦听时间内接收到来自锚节点的信标信号数量超过某一个预设的门限后，该节点认为与此锚节点连通，并将自身位置确定为所有与之连通的锚节点所组成的多边形的质心，当节点11变为死节 点时，锚节点可以将节点11的地理位置信息发送给基站，基站根据地理位置适时的更换死结点；步骤9）基站每隔固定时间t就发送邻居发现消息来重新选举簇头节点和后备簇头节点直到覆盖完整个网络以适应节点的移动性，当簇头1的能量小于一定值时，该簇头发送一个消息给基站，基站则向全网广播一个消息，促发下一周期的簇生成；步骤10）当节点2收到重新分簇的消息时，则将该节点以及所有的邻居节点的ClusterID和RClusterID全部置为Null；步骤11）当网络中的节点5由于长时间不工作时进入休眠状态时，节点5在进入休眠之前发送一个消息给它所在簇的簇头节点2，簇头再发消息给上级簇头基站保存并记录好前驱后驱的关系，当该节点的休眠状态影响到网络连通性时，基站按原先的路径发送激活消息给该休眠节点激活它，当经过时间t时清除这些保存的内容；步骤12）新节点12经过合法认证时加入该网络，它将主动发送邻居发现信息以寻找其邻居集合：●如果没有邻居节点，则该节点失效；●如果邻居节点中有簇头节点9，则加入此簇，向簇头发送请求消息，簇头将其加入自己邻居列表的同时更新该节点的邻居列表；●如果邻居集合非空且无簇头节点，则按照簇头选举方案来判断自己是否可以成为簇头；步骤13）当节点12退出时，由于该节点是非簇头节点，所以对分簇没有任何影响，只要将其从邻居节点表中删除即可；当退出的是簇头节点9时，则该簇的邻居节点不会再收到簇头消息，超过时间s时发生超时，则将以该点作为簇头的所有邻居节点的ClusterID或者RClusterID置为Null，重新按照簇头选举方案进行簇头选举。