一種三維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種三維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，屬于無線傳感器網絡技術領域。本發明首先對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根據位算法獲取各自當前的定位坐標信息；然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個三維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在的單元格標志；接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息；再接著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。本發明運用空間分簇、簇內休眠和狀態轉換機制有效地節省了能耗。
【專利說明】
-種H維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，屬于無線傳感器網 絡技術領域。
【背景技術】
[0002] 在無線傳感器網絡中的傳感器節點，都假定分布在二維平面上。運對于部署在地 面或是網絡高度小于節點傳輸半徑的網絡來說是非常好的近似方法。在運些網絡中，網絡 的高度相比其長度和寬度可W被忽略。然而運種二維平面假設對于水下、空中、地下、建筑 物等網絡高度大，節點在=維空間分布的場景就不適用了。盡管運些網絡目前的應用比較 少，但是=維無線傳感器網絡在很多領域中的運用越來越普遍。例如，水下自組織傳感器網 絡已經引起了大量的關注。在水下傳感器網絡中，節點部署在水下不同的深度構成=維網 絡;高空自組織傳感器網絡也引起了廣泛關注，現有很多利用四旋翼無人機作為傳感器節 點，W自組織形式、或人為編排形成一種高空傳感器網絡，而在高空部署無線傳感器網絡可 W更好地幫助我們進行天氣預測和氣候監測等高空作業、監測、檢測等活動。
[0003] 當前有許多基于分簇的網絡協議，其中一些協議基于節點的定位信息劃分虛擬網 格實現對節點的分簇，再通過簇內的算法進行實現拓撲控制。但是=維空間的通信環境更 加復雜，有著更嚴格的能量約束，尤其是在高空中W四旋翼無人機作為網絡節點，W自組織 或者認為編排形成的無線傳感器網絡。在=維應用場景中，現有的網絡分簇方法并不理想。 本發明提出的方法基于節點定位信息進行空間網格分簇，同時改進簇內算法，實現面向能 耗優化的=維無線傳感器網絡拓撲控制，尤其適用于W四旋翼無人機作為網絡節點，W自 組織或者認為編排形成的無線傳感器網絡。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，W用于實現面向 能耗優化的=維無線傳感器網絡拓撲控制。
[0005] 本發明的技術方案是:一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，首先對 仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根 據位算法獲取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節 點的通信半徑，將整個=維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記 錄自己所在的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接 著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最 后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。
[0006] 所述方法具體步驟如下：
[0007] StepU對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一 的標志node_id，所有節點根據GAF定位算法獲取各自當前的定位坐標信息;其中，所有節點 由匯聚節點、普通節點組成;仿真環境采用六棱柱作為=維空間的分割構型；
[0008] Step2、根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個=維空 間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在的單元格標志 cell_id；
[0009] Step3、每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息M;其中，節點交換信息 M的結構為<110(16_1(1,。611_1(1,31：曰16,61〉，31：曰16為當前節點狀態，Ei為節點剩余能量，節點 狀態分為發現狀態和休眠狀態；
[0010] step4、每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的 簇頭節點：
[0011] 每個單元格內的普通節點向單元格內的其他節點發送廣播消息，當普通節點發送 的廣播消息最先被其他普通節點接收到，則該普通節點作為簇頭節點，并進入激活狀態;除 作為簇頭節點之外的其他普通節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信；
[0012] steps、簇頭輪換階段：
[0013] a)如果單元格在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tf時間，非簇 頭節點強制休眠Tf時間，經過Tf時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內的 全部節點共同進入簇頭輪換；
[0014] b)如果單元格不在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tp時間，非 簇頭節點強制休眠Tp時間，經過Tp時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內 的全部節點共同進入簇頭輪換；
[001 引其中，TKTp;
[0016] 簇頭輪換具體為:分別計算單元格內每個節點的剩余能量因子fe，如果fe<0,則該 節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信;如果fe>0，則對單元格內所有fe>0的節 點采用步驟Step4的方式競爭簇頭，選舉出的簇頭節點進入激活狀態，非簇頭節點進入休眠 狀態。
[0017] 所述剩余能量因子
其中，Ei表示當前節點剩余能量， 玄表示單元格內全部節點的平均能耗;當
[001引本發明的工作原理是：
[0019] 采用六棱柱作為=維空間的分割構型，同時采用不規則的堆擱方案W減少需要的 節點數，其空間劃分結構如圖1所示。從圖1中可W看出，W兩層為例，上下兩層單元格，下層 =個相鄰單元頂面的中屯、是上層一個單元的=個頂點，上層單元底面的中屯、是下層=個相 鄰單元頂面鄰邊的交點，如此擺放就得所需要的虛擬單元空間劃分模型。對于一個六角棱 柱單元來說，它一共有12個相鄰單元，其中6個是同層單元，另外6個在上下兩層各有3個。對 劃分模型進行計算，假設六棱柱單元六邊形面的邊長為a,棱柱的高為b，節點的通信和傳感 半徑為r，兩種類型的相鄰單元如圖2、3所示，圖2表示的是同層鄰接單元，圖3表示的是隔層 鄰接單元，線段AB和A'B'就分別代表兩種類型相鄰空間單元內節點所能相距最遠的距離。 從圖2、3中可W看出，如果要保證鄰接單元之內的通信，必須滿足
和
，令AB=A^ =r，解方程可^得3
此時，所有 的相鄰兩個苗元化而W規I好端巧誦倍半徑的約束。
[0020]
其中，當
E康示當前節點剩余能量， 復表示單元格內全部節點的平均能耗，運兩個參數的比值衡量出節點相對簇內，可W使剩 余能量不低于簇內節點平均值的節點成為簇頭的機率更大
^節點能量 小于平均值時為負值，此時剩余能量因子也為負值，表示節點不成為簇頭，運樣可W更好地 在簇內平衡能耗，使簇內節點能量更平均。
[0021] 本發明的有益效果是:本發明運用空間分簇、簇內休眠和狀態轉換機制有效地節 省了能耗，特別當節點數較多時，能耗優化的效果更為明顯，能夠大大減少參與中轉的節點 數，虛擬單元劃分W及相應調度機制能夠很好地均衡網絡負載，節點剩余能量分布趨于均 勻，延長網絡的生存周期。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的空間單元格劃分結構示意圖；
[0023] 圖2為本發明的鄰接空間單元結構示意圖一；
[0024] 圖3為本發明的鄰接空間單元結構示意圖二；
[0025] 圖4為本發明的執行流程示意圖；
[0026] 圖5為本發明實施例4中50%節點死亡時間比較圖；
[0027] 圖6為本發明實施例4中50%節點死亡時節點剩余能量對比圖。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1:如圖1-6所示，一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，首先對 仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根 據位算法獲取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節 點的通信半徑，將整個=維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記 錄自己所在的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接 著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最 后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。
[0029] 所述方法具體步驟如下：
[0030] StepU對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一 的標志node_id，所有節點根據GAF定位算法獲取各自當前的定位坐標信息;其中，所有節點 由匯聚節點、普通節點組成;仿真環境采用六棱柱作為=維空間的分割構型；
[0031] Step2、根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個=維空 間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在的單元格標志 cell_id;
[0032] Step3、每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息M;其中，節點交換信息 M的結構為<11〇(16_1(1, cell_id, s1:ate ,Ei>，s1:ate為當前節點狀態，Ei為節點剩余能量，節點 狀態分為發現狀態和休眠狀態；
[0033] Step4、每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的 簇頭節點：
[0034] 每個單元格內的普通節點向單元格內的其他節點發送廣播消息，當普通節點發送 的廣播消息最先被其他普通節點接收到，則該普通節點作為簇頭節點，并進入激活狀態;除 作為簇頭節點之外的其他普通節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信；
[00巧]steps、簇頭輪換階段：
[0036] a)如果單元格在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tf時間，非簇 頭節點強制休眠Tf時間，經過Tf時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內的 全部節點共同進入簇頭輪換；
[0037] b)如果單元格不在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tp時間，非 簇頭節點強制休眠Tp時間，經過Tp時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內 的全部節點共同進入簇頭輪換；
[003 引其中，TKTp;
[0039] 簇頭輪換具體為:分別計算單元格內每個節點的剩余能量因子fe，如果fe<0,則該 節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信;如果fe>0，則對單元格內所有fe>0的節 點采用步驟Step4的方式競爭簇頭，選舉出的簇頭節點進入激活狀態，非簇頭節點進入休眠 狀態。
[0040] 所述剩余能量因子.
其中，Ei表示當前節點剩余能量， 左表示單元格內全部節點的平均能耗;當
[0041] 實施例2:如圖1-6所示，一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，首先對 仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根 據位算法獲取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節 點的通信半徑，將整個=維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記 錄自己所在的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接 著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最 后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。
[0042] 所述方法具體步驟如下：
[0043] StepU對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一 的標志node_id，所有節點根據GAF定位算法獲取各自當前的定位坐標信息;其中，所有節點 由匯聚節點、普通節點組成;仿真環境采用六棱柱作為=維空間的分割構型；
[0044] Step2、根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個=維空 間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在的單元格標志 cell_id;
[0045] Step3、每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息M;其中，節點交換信息 M的結構為<11〇(16_1(1, cell_id, s1:ate ,Ei>，s1:ate為當前節點狀態，Ei為節點剩余能量，節點 狀態分為發現狀態和休眠狀態；
[0046] Step4、每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的 簇頭節點：
[0047] 每個單元格內的普通節點向單元格內的其他節點發送廣播消息，當普通節點發送 的廣播消息最先被其他普通節點接收到，則該普通節點作為簇頭節點，并進入激活狀態;除 作為簇頭節點之外的其他普通節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信；
[004引steps、簇頭輪換階段：
[0049] a)如果單元格在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tf時間，非簇 頭節點強制休眠Tf時間，經過Tf時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內的 全部節點共同進入簇頭輪換；
[0050] b)如果單元格不在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tp時間，非 簇頭節點強制休眠Tp時間，經過Tp時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內 的全部節點共同進入簇頭輪換；
[0化^ 其中，TKTp;
[0052] 簇頭輪換具體為:分別計算單元格內每個節點的剩余能量因子fe，如果fe<0,則該 節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信;如果fe>0，則對單元格內所有fe>0的節 點采用步驟Step4的方式競爭簇頭，選舉出的簇頭節點進入激活狀態，非簇頭節點進入休眠 狀態。
[0053] 實施例3:如圖1-6所示，一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，首先對 仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根 據位算法獲取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節 點的通信半徑，將整個=維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記 錄自己所在的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接 著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最 后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。
[0054] 實施例4:如圖1-6所示，一種=維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，首先對 仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根 據位算法獲取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節 點的通信半徑，將整個=維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記 錄自己所在的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接 著每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最 后每個單元格內的普通節點進入簇頭輪換階段。
[0化日]所述方法具體步驟如下：
[0056] 現給出拓撲控制實例分析:本實例通過仿真軟件OMNeT++進行，本方法對于S維空 間采用正六棱柱的劃分方式，在空間的邊界上無法形成完整的單元格，所W將匯聚節點放 在整個空間的中屯、，其他節點撒布在整個空間區域中，參數如表1所示：
[0057] 表1參數設置
[0化引
[0059] 1、對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標 志node_id，所有節點根據GAF定位算法獲取各自當前的定位坐標信息;其中，所有節點由匯 聚節點、普通節點組成;仿真環境采用六棱柱作為=維空間的分割構型；
[0060] 由表1可知，不妨令所有節點個數為N，且231<N<531;
[0061 ] a. N個節點隨機部署在200m X 200m X 200m的S維立方體空間內；
[0062] b.=維立方體空間內所有節點所需傳輸的數據包長度為4000bits，控制包長度為 IOObits;
[0063] C.其中，一個靠近=維立方體空間內中屯、位置的節點被隨機選做匯聚節點，不妨 取普通節點個數為300個；
[0064] d.由于本實驗主要是判斷其他節點的節點死亡時間和節點剩余能耗，則不妨設匯 聚節點的能量為無窮，當選的簇頭節點的能量為無窮（即成為簇頭節點期間不考慮該節點 本身的能量消耗）；
[0065] e.其他節點的移動性和消息傳輸的延遲都不做考慮，接收消息（區別于數據)和計 算的能耗忽略；
[0066] f.其他節點初始能量為2J，發送時能耗、接聽時能耗、監聽時能耗、休眠時能耗為 別為 50nJ/b i t、40nJ/b i t、InJ、0 J;
[0067] g.路由協議采用A0DV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing)和GCC-3D (Geographic Cell Clustering for 3D WSN)結合；
[0068] h.信號強度和距離相對于節點而言成反比。
[0069] 由于隨機選取兩個單元格ul、u2,并且每個單元格內選取兩個普通節點:就能描述 本實驗過程，不妨設單元格Ul是匯聚節點附近的單元格，單元格u2不是匯聚節點附近的單 元格;根據GAF定位算法可知，存在普通節點1112、]123、]169、]147、]1231和]171的當前環境場景 的定位坐標信息分別為（106,98,101)，（105,103,99)，（103,102,98)，（54,23,77)，（55,19， 80)，（55,20,75)，且不妨令普通節點1112、1123、1169、1147、11231和1171為實例節點進行說明實 驗過程；
[0070] 2、根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個=維空間依 據六棱柱分割構型劃分為30個單元格，根據普通節點1112、1123、1169、1147、11231和1171所在的 當前環境場景的定位坐標信息得知:普通節點nl2、n23和n69在單元格Ul內，記錄各自的單 元格標志為nl2_ul，n23_ul，n69_ul;普通節點n47、n231和n71在單元格u2內，記錄各自的單 元格標志為 n47_u2，n231_u2，n47_u2;
[0071] 3、1112、1123、1169生成自身的節點交換信息，分別為<1112，1112_111，發現，2於，<1123， n23_ul，發現，2J>，<n69，n69_ul，發現，2J>;n47、n231、n71生成自身的節點交換信息，分別 為<1147，n47_u2，發現，2J〉，<n231，n231_u2，發現，2J〉，<n71，n71_u2，發現，2J〉；
[0072] 4、單元格ul內的普通節點nl2、n23、n69和單元格u2內的普通節點n47、n231、n71共 同進入簇頭選舉階段，選舉出單元格內的簇頭節點：
[0073] 單元格Ul內的普通節點nl2、n23、n69分別向單元格內除自身之外的其他普通節點 發送廣播消息（如nl2向n23、n69發送廣播消息），當普通節點nl2發送的廣播消息最先被其 他普通節點n23、n69接收到，則普通節點nl2作為簇頭節點，并進入激活狀態;其他普通節點 n23、n69作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信；
[0074] 單元格u2內的普通節點1147、]1231、]171分別向單元格內除自身之外的其他普通節 點發送廣播消息，當普通節點n47發送的廣播消息最先被其他普通節點n231、n71接收到，貝U 普通節點n47作為簇頭節點，并進入激活狀態;其他普通節點n231、n71作為非簇頭節點，并 進入休眠狀態，關閉通f目；
[00巧]5、簇頭輪換階段：
[0076] a)單元格Ul在匯聚節點附近（W匯聚節點為中屯、，W節點通信半徑r為半徑的球體 內，若單元格存在部分或全部位于該球體內，則認為該單元格在匯聚節點附近），則單元格 Ul內的簇頭節點ul2強制工作600s時間，非簇頭節點n23、n69強制休眠600s時間，經過600s 時間后單元格U1內的全部普通節點n 12、n23、n69進入發現狀態，接著共同進入簇頭輪換；
[0077] b)單元格u2不在匯聚節點附近，則單元格u2內的簇頭節點n47強制工作1200s時 間，非簇頭節點n231、n71強制休眠1200s時間，經過1200s時間后單元格u2內的全部普通節 點1147、11231、1171進入發現狀態，接著共同進入簇頭輪換；
[0078] 簇頭輪換具體為:單元格Ul內的普通節點nl2、n23、n69更新自身的節點交換信息 為<1112，nl2_ul，發現，1.2J〉，<n23，n23_ul，發現，1.5J〉，<n69，n69_ul，發現，1.8J〉；單元格 u2內的普通節點n47、n231、n71更新自身的節點交換信息為<n47，n47_u2，發現，1.1J〉，< n231，n231_u2，發現，1.4J〉，<n71，n71_u2，發現，1.7J〉；
[0079] 分別計算單元格ul內全部普通節點nl2、n23、n69的剩余能量因子fe:其中，fe_nl2 =1.2/((1.8+1.5+1.2)/3)*(1.2-((1.8+1.5+1.2)/3))/11.2-((1.8+1.5+1.2)/3)|=-4/5 <0，
[0080] fe_n23 = 0,
[0081 ] fe_nl2 = 1.8/((1.8+1.5+1.2)/3)*(1.8-((1.8+1.5+1.2)/3))/11.8-((1.8+1.5+ 1.2)/3) I =6/5〉0，
[0082] 分別計算單元格u2內全部普通節點n47、n231、n71的剩余能量因子fe:其中，
[0083] fe_n47=1.1/((1.7+1.4+1.1)/3)*(1.1-((1.7+1.4+1.1)/3))/11.1-((1.7+1.4+ 1.1)/3) I =-11/14<0，
[0084] fe_n231 = 0,
[0085] fe_n71 = 1.7/((1.7+1.4+1.1)/3)*(1.7-((1.7+1.4+1.1)/3))/11.7-((1.7+1.4+ 1.1)/3) I =17/14)0,
[0086] fe_n71、fe_nl2<0,貝憎通節點nl2、n47作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通 信；fe_n23、fe_nl2、fe_n231、fe_n71>0，則對單元格ul內的普通節點n23、nl2和單元格u2內 的n231、n71采用步驟4的方式競爭簇頭，選舉出的簇頭節點進入激活狀態，非簇頭節點進入 休眠狀態；
[0087] 如圖5所示是在相同仿真環境下從網絡初始化到網絡中一半節點死亡時網絡的運 行時間。從圖中的曲線走勢可W看出：當單獨使用AODV路由協議時，隨著節點數的不斷增 加，節點的死亡時間極小幅度的增加，基本保持穩點不變的趨勢當AODV和GCC-3D路由協議 (即本發明的控制方法)結合使用時，隨著節點數的不斷增加，節點的死亡時間基本成穩定 增長的趨勢。結果說明本發明采用的空間分簇(即六棱柱分割構型劃分為多個單元格)和簇 內休眠和狀態轉換機制有效地節省了能耗，使得運用GCC-3D后網絡生命周期延長;在節點 密集分布的情況下，能耗優化更加有效，中轉節點的數量減少，平衡了網絡中的負載和能 耗，網絡生存周期得到延長，使得在W四旋翼無人機為網絡節點的=維無線傳感器網絡中 的拓撲控制到達更好的能耗優化效果。
[0088] 如圖6所示是比較當一半節點死亡時其余節點能量分布。從圖中可W看出：當單獨 使用AODV協議時，節點的剩余能量分布很不均勻，而且有些節點的能耗比較大；當AODV和 GCC-3D結合使用時后，節點剩余能量分布趨于均勻。運是因為AODV沒有良好的能耗均衡和 優化機制，但是GCC-3D的虛擬單元劃分W及相應調度機制能夠很好地平衡負載，延長網絡 生命期。
[0089] 上面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發明并不限于上述 實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可W在不脫離本發明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權項】
1. 一種Ξ維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，其特征在于：首先對仿真環境進 行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標志，所有節點根據位算法獲 取各自當前的定位坐標信息;然后根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半 徑，將整個Ξ維空間依據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在 的單元格標志;接著每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息;再接著每個單元 格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭節點；最后每個單元 格內的普通節點進入簇頭輪換階段。2. 根據權利要求1所述的Ξ維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，其特征在于:所 述方法具體步驟如下： Stepl、對仿真環境進行初始化，所有節點都處于發現狀態，每個節點有一個唯一的標 志node_id，所有節點根據GAF定位算法獲取各自當前的定位坐標信息;其中，所有節點由匯 聚節點、普通節點組成;仿真環境采用六棱柱作為Ξ維空間的分割構型； Step2、根據所有節點當前的定位坐標信息和所有節點的通信半徑，將整個Ξ維空間依 據六棱柱分割構型劃分為多個單元格，并且每個節點記錄自己所在的單元格標志cell_id; Step3、每個單元格內的普通節點生成自身的節點交換信息Μ;其中，節點交換信息Μ的 結構為<110(16_1(1,。611_1(1,31曰16,61〉，31：曰16為當前節點狀態，61為節點剩余能量，節點狀態 分為發現狀態和休眠狀態； Step4、每個單元格內的普通節點共同進入簇頭選舉階段，選舉出每個單元格內的簇頭 節點： 每個單元格內的普通節點向單元格內的其他節點發送廣播消息，當普通節點發送的廣 播消息最先被其他普通節點接收到，則該普通節點作為簇頭節點，并進入激活狀態;除作為 簇頭節點之外的其他普通節點作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信； steps、簇頭輪換階段： a) 如果單元格在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Tf時間，非簇頭節點 強制休眠 Tf時間，經過Tf時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內的全部節 點共同進入簇頭輪換； b) 如果單元格不在匯聚節點附近，則該單元格內的簇頭節點強制工作Τρ時間，非簇頭節 點強制休眠 Τρ時間，經過Τρ時間后單元格內的全部節點進入發現狀態，接著單元格內的全部 節點共同進入簇頭輪換； 其中，Tf<Tp; 簇頭輪換具體為：分別計算單元格內每個節點的剩余能量因子fe，如果fe<0,則該節點 作為非簇頭節點，并進入休眠狀態，關閉通信;如果fe>0,則對單元格內所有fe>0的節點采 用步驟Step4的方式競爭簇頭，選舉出的簇頭節點進入激活狀態，非簇頭節點進入休眠狀 態。3. 根據權利要求2所述的Ξ維無線傳感器網絡實時定位拓撲控制方法，其特征在于:所 述剩余能量因子/產曲丘*((島-忘）/侶-巧）;其中，E康示當前節點剩余能量，玄表示單元 格內全部節點的平均能耗;當玄=0時，fe=0。
【文檔編號】H04W24/06GK105979540SQ201610415192
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】張晶, 馬晨, 肖智斌, 李英娜, 江虹, 范洪博, 郭立, 王斯韜
【申請人】昆明理工大學