機會網絡的簇頭選擇方法、分簇方法以及機會網絡系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于通信技術領域，具體設及一種機會網絡的簇頭選擇方法、分簇方法W 及機會網絡系統。
【背景技術】
[0002] 機會網絡是一種不需要源節點和目的節點之間存在完整路徑，利用節點移動帶來 的相遇機會實現網絡通信的自組織網絡。通常情況下，機會網絡包括多個簇，每個簇均包括 多個節點。分簇即是將一個機會網絡分為多個簇，簇內分為簇頭節點和簇成員節點。每個 簇由一個簇頭節點和多個簇成員節點組成，簇成員節點具有相同的能量、存儲容量，而簇頭 節點具有較強的能量、計算W及管理能力。簇成員節點把收集到的信息發送給簇頭節點，簇 頭節點通過分層的網絡架構轉發給基站。在機會網絡中，一種基于數據分發的分簇算法能 夠有效減小能量的消耗。
[0003]目前普遍使用的是無線傳感器網絡，無線傳感器網絡常用的分簇方法主要有：固 定簇半徑白勺分簇（AHybrid，Energy-EfficientDistributedclustering曰ppro曰ch，簡 稱肥邸）協議、能量高效聚集的傳感器信息系統（Power-EfficientGAtheringinSensor In化rmationSystems,簡稱陽GASI巧協議、闊值敏感的高能效傳感器網絡（T虹eshold SensitiveEnergyEfficientSensorNetwork，簡稱TEEN)協議。
[0004] 其中，肥邸協議周期性地選舉簇頭節點。在全網時間同步的基礎上，能量消耗平 均分布在整個網絡上從而提高網絡生存時間。簇頭節點的選擇取決于節點的剩余能量，運 就意味有著更多剩余能量的節點可能成為簇頭。肥邸協議考慮將節點的剩余能量作為一個 參考變量，讓整個網絡的能量消耗趨于均勻化，但是沒有考慮簇頭節點和中屯、網關之間的 能量消耗問題。 陽0化]PEGASIS協議的分簇算法中，網絡中的節點構成一條鏈，節點收集、融合數據并將 其傳輸到中屯、網關，運種鏈式路徑方法應用了貪婪算法。但在多跳網絡中，由于節點需要更 新鄰居節點狀態信息，網絡拓撲結構是動態調整的，拓撲調整將會造成較大的能量開銷。與 此同時，距離遠的節點將會造成較長的數據延遲。
[0006]TEEN協議在簇建立過程中，簇頭是在所有節點中W均等的概率隨機選擇產生的， 其他節點加入簇頭所在的簇內。簇頭處理數據并W時分多址接入的方式廣播數據的硬闊值 和軟闊值給簇成員。由于在TEEN協議中，簇頭和基站之間使用單跳通信方式，因此導致了 更多的能量消耗。
[0007] 對于大規模的機會網絡，選取簇頭節點，將網絡進行分區，避免網絡節點因自身待 轉發消息過多造成存儲空間不足，同時也避免因節點尋找路由造成的控制消息過多而浪費 有限的網絡資源等。機會網絡是從無線傳感器網絡中延伸而來的，在某種程度上可借鑒并 參考部分協議。但是，機會網絡相對無線傳感器網絡具有自身的特點：節點密度相對稀疏、 節點存儲空間小、網絡中帶寬資源有限、節點移動等問題，因此無法將無線傳感器網絡中的 協議直接借鑒到機會網絡中。
[000引 目前機會網絡下的分簇協議能量消耗大、控制開銷高W及系統不穩定等特點，嚴 重影響了網絡的吞吐量、時延等性能。可見，設計一種穩定、能量開銷小的分簇方式成為目 前亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0009] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種機會網 絡的簇頭選擇方法、分簇方法W及機會網絡系統，該簇頭選擇方法W及相應的分簇方法減 少能量消耗和延長網絡生存時間。
[0010] 解決本發明技術問題所采用的技術方案是該機會網絡的簇頭選擇方法，包括步 驟：
[0011] 步驟SI):在機會網絡的一個初始化周期內，計算簇內節點狀態，簇內節點狀態包 括：每個簇內節點到其他簇的簇頭的平均連通概率與所有簇內節點到其他簇的簇頭的最大 連通概率的平均值的比值、節點周圍的鄰居節點數與整個網絡中的節點數的比值W及節點 消耗的能量與節點的初始能量比值；
[0012] 步驟S2):計算并比較節點的自身的檢驗值，確定簇頭。
[0013] 優選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：計算每個簇內節點到其他簇的簇頭的 平均連通概率與所有簇內節點到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值A:
陽01引其中：E。,康示簇內節點與其他簇的簇頭的連通概率，連通概率=連通成功的次數 /總連接次數；n表示簇內節點數目，m表示其他簇的簇頭數目也即其他簇的數目。
[0016] 優選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：利用節點周圍的鄰居節點數，計算節點 周圍的鄰居節點數與整個機會網絡中的節點數的比值B:
[001引其中：N。,康示節點的鄰居節點數目，Nt,康示整個機會網絡的節點數目。
[0019] 優選的是，步驟SI)具體包括步驟之一為：根據節點消耗的能量，計算節點消耗的 能量與節點的初始能量比值C:
[oow 其中：P。,康示節點消耗的能量，Pt,康示節點的初始能量。
[0022] 優選的是，步驟S2)具體包括步驟：
[0023] 計算所有節點的自身的檢驗值T:
[0024] 將檢驗值廣播給鄰居節點，比較所有節點的自身的檢驗值T;
[00巧]每個節點通過比較其周圍鄰居節點的檢驗值來選擇檢驗值T最大的節點作為簇 頭。
[0026] 優選的是，步驟S2)中：
[0028] 其中：y為節點連通概率比值權值，
-為每個簇內節點到其他簇的簇頭的平均 連通概率與所有簇內節點到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值，0為節點數目 比值權值，
為節點周圍的鄰居節點數與整個網絡中的節點數的比值，P為節點能量比值
權值，為節點消耗的能量與節點初始能量的比值，上述各權值滿足：y+ 0 + 6 = 1。
[0029] 一種機會網絡的分簇方法，包括上述的機會網絡的簇頭選擇方法，W及在上述簇 頭選擇方法的基礎上，還包括步驟：
[0030] 步驟S3):根據確定的簇頭分簇；
[0031] 步驟S4):簇建立后，進入簇維護過程。
[0032] 優選的是，在步驟S3)中：簇頭廣播自身消息給周圍鄰居節點，告知已產生簇頭， 從而建立簇。
[0033] 優選的是，在步驟S4)中：如果某些簇頭節點失效，則簇將重新進入初始化過程。
[0034] 一種機會網絡系統，采用上述的機會網絡的分簇方法進行分簇。
[0035] 本發明的有益效果是：本發明中的簇頭選擇方法將簇節點連通概率、周圍的鄰居 節點數W及能量消耗參數考慮進去，通過調整各個參數比的權值來計算檢驗值，該簇頭選 擇方法W及相應的分簇方法能夠減少能量消耗和延長網絡生存時間。
【附圖說明】
[0036] 圖I為本發明實施例中簇頭選擇方法與分簇方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037]為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方 式對本發明機會網絡的簇頭選擇方法、分簇方法W及機會網絡系統作進一步詳細描述。
[0038]為了解決上述問題，本發明提出了一種適用于機會網絡的自適應簇頭選擇方法、 分簇方法W及機會網絡系統。在該簇頭選擇方法中，綜合考慮了簇節點連通概率、周圍的鄰 居節點數W及能量消耗參數，通過調整各個參數比的權值來進行自適應簇頭選擇，從而減 少能量消耗和延長網絡生存時間。
[0039]簡言之，該簇頭選擇方法中：
[0040]首先，在網絡初始化的條件下，計算每個簇內節點到其他簇的簇頭的平均連通概 率與所有簇內節點到其他簇的簇頭的最大連通概率的平均值的比值，節點周圍的鄰居節點 數與整個網絡中的節點數的比值，節點消耗的能量與節點的初始能量比值；
[0041] 然后，每個節點計算自身的檢驗值，并將檢驗值廣播給鄰居節點，每個節點通過比 較其周圍鄰居節點的檢驗值來選擇檢驗值最大的節點作為簇頭；
[0042] 相應的，在后續的分簇方法中，簇頭廣播自身消息給周圍鄰居節點，告知已產生簇 頭，從而建立簇；
[0043] 簇建立后，進入簇