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多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
余修武;肖人榕;余齐豪;江珊;余员琴;...
申请/专利权人:
南华大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-04-29
申请/专利号:
CN202010357426.8
公开时间:
2020-08-25
公开号:
CN111586761A
主申请人地址:
421001 湖南省衡阳市蒸湘区常胜西路28号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输方法,其特征在于,包括: 采用重叠非均匀分簇方法对监测区域内的节点进行分簇,得到多个簇,所述多个簇之间存在重叠区域; 对于每个所述重叠区域,从位于该重叠区域的节点中选取剩余能量高于第一能量阈值的节点,作为该重叠区域的中转节点; 对于每个所述簇,通过监管并综合兼顾簇内节点的相对密度、相对剩余能量和向心率,选取该簇的簇首节点; 控制目标簇的成员节点将监测数据发送至所述目标簇的簇首节点,并控制所述目标簇的簇首节点对所述监测数据进行数据融合; 以所述目标簇的簇首节点为起点,根据当前节点选取下一跳节点并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,每跳传输重复此操作,直至所述下一跳节点与基站之间的距离小于预设距离阈值,将融合后的监测数据发送至所述基站;其中,所述下一跳节点为在当前节点所在簇内且距离基站最近的中转节点,或者为在当前节点的通信半径范围内且距离基站最近的簇首节点。 2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对于每个所述簇,通过监管并综合兼顾簇内节点的相对密度、相对剩余能量和向心率,选取该簇的簇首节点,包括: 对于每个所述簇,监管簇内节点的相对密度、相对剩余能量和向心率; 采用熵权法,分别确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的第一权重值; 采用层次分析法,分别确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的第二权重值; 根据所述第一权重值和所述第二权重值,分别确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的综合权重值; 根据所述簇内节点的所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率,以及所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的综合权重值,确定所述簇内节点的指标得分; 选取所述指标得分最大的簇内节点,作为所述簇的簇首节点。 3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述采用熵权法,分别确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的第一权重值,包括: 对所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率进行标准化变换; 采用熵权法,确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的指标比重,并确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的指标熵值; 根据所述指标比重和所述指标熵值,分别确定所述相对密度、所述相对剩余能量和所述向心率的第一权重值。 4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述当前节点为簇首节点时,所述根据当前节点选取下一跳节点,并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,包括: 判断当前节点所在的簇是否存在重叠区域; 若存在,确定距离基站最近的中转节点为下一跳节点,并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点; 若不存在,则确定在当前节点的通信半径范围内且距离基站最近的簇首节点为下一跳节点,并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点。 5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,在所述当前节点为中转节点时,所述根据当前节点选取下一跳节点,并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,包括: 向当前节点所在的一个或多个簇的簇首节点发送请求信息; 根据所述请求信息,控制所述一个或多个簇首节点判断是否存在位于自身簇内且距离基站最近的中转节点; 若存在,则将该中转节点的节点信息发送至所述当前节点; 若不存在,则将簇首自身的节点信息发送至所述当前节点; 控制所述当前节点根据接收到的节点信息,选取距离基站最近的节点作为下一跳节点,并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点。 6.如权利要求1-5任意一项所述的方法,其特征在于,在所述根据当前节点选取下一跳节点并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,每跳传输重复此操作的同时,还包括: 若检测到剩余能量低于第一能量阈值的中转节点,则从该中转节点所在的重叠区域中重新选取剩余能量大于第一能量阈值的节点,作为新的中转节点。 7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,在所述根据当前节点选取下一跳节点并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,每跳传输重复此操作的同时,还包括: 若检测到剩余能量低于第二能量阈值的簇首节点,则重新采用重叠非均匀分簇方法对监测区域内的节点进行分簇。 8.一种多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输装置,其特征在于,包括: 分簇模块:用于采用重叠非均匀分簇方法对监测区域内的节点进行分簇,得到多个簇,所述多个簇之间存在重叠区域; 中转节点选取模块:用于对于每个所述重叠区域,从位于该重叠区域的节点中选取剩余能量高于第一能量阈值的节点,作为该重叠区域的中转节点; 簇首节点选取模块:用于对于每个所述簇,通过监管并综合兼顾簇内节点的相对密度、相对剩余能量和向心率,选取该簇的簇首节点; 簇内数据传输模块:用于控制目标簇的成员节点将监测数据发送至所述目标簇的簇首节点,并控制所述目标簇的簇首节点对所述监测数据进行数据融合; 簇间数据传输模块:用于以所述目标簇的簇首节点为起点,根据当前节点选取下一跳节点并将融合后的监测数据传输至所述下一跳节点,每跳传输重复此操作,直至所述下一跳节点与基站之间的距离小于预设距离阈值,将融合后的监测数据发送至所述基站;其中,所述下一跳节点为在当前节点所在簇内且距离基站最近的中转节点,或者为在当前节点的通信半径范围内且距离基站最近的簇首节点。 9.一种多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输设备,其特征在于,包括: 存储器:用于存储计算机程序; 处理器:用于执行所述计算机程序,以实现如权利要求1-7任意一项所述的多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输方法的步骤。 10.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-7任意一项所述的多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输方法的步骤。
摘要:
本申请公开了一种多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输方法,在采用重叠非均匀分簇方法对监测区域内的节点进行分簇之后,通过监管并综合兼顾簇内节点的相对密度、相对剩余能量和向心率三项指标来进行选取簇首节点,能够更好地平衡网络能耗;在簇间数据传输时,利用重叠区域的中转节点结合簇首节点共同执行监测数据的传输任务,避免单纯依靠簇首节点传输数据所导致的簇首节点能量消耗过快的问题,进一步延长网络寿命。此外,本申请还提供了一种多因子平衡的重叠非均匀分簇WSN均衡数据传输装置、设备及可读存储介质,其技术效果与上述方法的技术效果相对应。

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