一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法
【專利說明】一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)的構(gòu)建方法，具體涉及一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的 無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，屬于無線傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks,WSNs)是一個無線自組織網(wǎng)絡(luò)，它 由大量資源受限的傳感器節(jié)點組成?；赪SNs的特性，可用較低的成本靈活地解決大量監(jiān) 測問題，尤其是一些危險區(qū)域的監(jiān)測問題。節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理等方面需要消耗大量 能量，且節(jié)點能量不易得到及時補充。因此如何降低能耗，盡可能延長網(wǎng)絡(luò)生存時間是WSNs 急需解決的問題。而拓撲控制是解決此類問題的有效手段之一。
[0003] 現(xiàn)有文獻中通過對鏈路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的分析和比較，基于路徑損耗大小和網(wǎng)絡(luò)收包率 這一基礎(chǔ)，提出一種通信鏈路損耗最小的分布式拓撲控制算法PLBD(Apath-lossbased distributedtopologycontrolalgorithm)。LiuYH等基于有損鏈路網(wǎng)絡(luò)模型提出一種 全分布式的拓撲控制算法C0NREAP，該算法是依據(jù)可靠性理論提出的，即根據(jù)可靠性理論計 算節(jié)點間鏈路的可靠性值和整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性值，判斷構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)是否滿足閾值要求。郝 曉辰等基于路由代價函數(shù)和各路徑的選擇概率利用最小跳數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)策略提出代價均衡的路 由選擇算法CBLQ(Costbalancedroutingalgorithmbasedonlinkquality) 〇
[0004] 上述文獻提出的方法雖然在一定范圍內(nèi)解決節(jié)點能耗問題，合理地構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓 撲，延長網(wǎng)絡(luò)生存時間，但仍存在較多問題，如未考慮鏈路可靠性和節(jié)點丟包率等；在簇頭 選取中，也未將簇頭間距考慮在內(nèi)；當(dāng)簇內(nèi)成員較多時，簇頭將因負載過多而過早耗盡能 量以及未考慮鏈路性能的預(yù)測以減少不必要的耗能。
[0005] 因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的 無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線傳感 網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其能在WSNs環(huán)境下合理利用鏈路，提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能，延長網(wǎng)絡(luò)的生 命周期。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線 傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其包括如下步驟：
[0008] 1)，根據(jù)節(jié)點的隨機均勻分布原理，將區(qū)域按照對角線分為四個小區(qū)域，每個小區(qū) 域的節(jié)點數(shù)幾乎相等；劃分區(qū)域后，在各小區(qū)域內(nèi)隨機選擇節(jié)點作為初始節(jié)點，廣播消息互 換信息，以獲得其鄰居節(jié)點當(dāng)前能量值；迭代執(zhí)行該過程，直至整個小區(qū)域節(jié)點均知道其鄰 居節(jié)點的信息，并從中選擇能量值最高的節(jié)點作為區(qū)域中心節(jié)點，以此為起點選擇網(wǎng)絡(luò)拓 撲路徑，構(gòu)建小區(qū)域內(nèi)生成樹；同時在傳遞消息過程中，計算節(jié)點間RSSI和SNR值，以判斷 鏈路優(yōu)劣性；
[0009] 2)，采用模糊數(shù)學(xué)方法綜合節(jié)點剩余能量和鏈路質(zhì)量進行節(jié)點選擇，并對節(jié) 點的性能優(yōu)良進行判定并排列成降序表；所述模糊數(shù)學(xué)方法通過結(jié)合對象各評價指標(biāo) 1，2, ...，n，作出最終評價，即模糊綜合評判，用以表現(xiàn)對象的特性，其數(shù)學(xué)模型為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線傳感網(wǎng)拓撲構(gòu)建方法，其特征在于：包括如下步 驟： 1) ，根據(jù)節(jié)點的隨機均勻分布原理，將區(qū)域按照對角線分為四個小區(qū)域，每個小區(qū)域的 節(jié)點數(shù)幾乎相等；劃分區(qū)域后，在各小區(qū)域內(nèi)隨機選擇節(jié)點作為初始節(jié)點，廣播消息互換信 息，以獲得其鄰居節(jié)點當(dāng)前能量值；迭代執(zhí)行該過程，直至整個小區(qū)域節(jié)點均知道其鄰居節(jié) 點的信息，并從中選擇能量值最高的節(jié)點作為區(qū)域中心節(jié)點，以此為起點選擇網(wǎng)絡(luò)拓撲路 徑，構(gòu)建小區(qū)域內(nèi)生成樹；同時在傳遞消息過程中，計算節(jié)點間RSSI和SNR值，以判斷鏈路 優(yōu)劣性； 2) ，采用模糊數(shù)學(xué)方法綜合節(jié)點剩余能量和鏈路質(zhì)量進行節(jié)點選擇，并對節(jié)點的性能 優(yōu)良進行判定并排列成降序表；所述模糊數(shù)學(xué)方法通過結(jié)合對象各評價指標(biāo)1，2, ...，n， 作出最終評價，即模糊綜合評判，用以表現(xiàn)對象的特性，其數(shù)學(xué)模型為：
式中A和B表示對象評價指標(biāo)，C為其綜合評判，〇表示模糊運算符； 3) ，各小區(qū)域構(gòu)建拓撲完成之后整個網(wǎng)絡(luò)啟動整體組網(wǎng)機制，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)生成樹；在該過 程中，小區(qū)域內(nèi)離sink節(jié)點最近的active節(jié)點將會在其通信范圍內(nèi)廣播消息，判斷其是否 能與sink節(jié)點直接通信；若sink節(jié)點在其通信范圍內(nèi)，則該節(jié)點將與sink節(jié)點相連；反 之，該區(qū)域內(nèi)的active節(jié)點則會通過最短路徑方法在其相鄰小區(qū)域內(nèi)尋找與其距離最近 的active節(jié)點相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測無線傳感網(wǎng)的拓撲構(gòu)建方法，其特征在 于：所述步驟1)中，所述RSSI和SNR值的計算方式如下： RSSim.(t) = RSSi：； -1 ()/; log?;i.) + Xtiv(i) (I) SNR = Pt-PL (d) -Pn (2) 其中RSSIuv(t)表示在t時刻節(jié)點u到節(jié)點v的RSSI值，/?義；!是一個由節(jié)點發(fā)射功 率和天線增益決定的常量，η為衰減常數(shù)，duv表示節(jié)點u和V之間的距離，Xuv(t)為一個 不確定因子；Pt表示節(jié)點發(fā)射功率，PL (d)為傳輸過程中路徑損耗，P "表示噪聲功率。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測無線傳感網(wǎng)的拓撲構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟2)中，對其矩陣進行定量處理，即進行數(shù)學(xué)運算，假設(shè)一個關(guān)于評語的分 數(shù)向量D= ((I1 d2 ... dn)，對每一對象進行量化計算，計算方法如下：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于有損鏈路狀態(tài)預(yù)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)的拓撲構(gòu)建方法，包括以下步驟：1)根據(jù)節(jié)點的隨機均勻分布原理，將監(jiān)測區(qū)域按照對角線分為四個小區(qū)域；2)節(jié)點選擇過程采用模糊數(shù)學(xué)的方法，綜合節(jié)點剩余能量和鏈路質(zhì)量，對節(jié)點的性能優(yōu)良進行判定并排列成降序表；3)各小區(qū)域構(gòu)建拓撲完成之后，整個網(wǎng)絡(luò)將啟動整體組網(wǎng)機制，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)生成樹。本發(fā)明能在WSNs環(huán)境下合理利用鏈路，提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
【IPC分類】H04W40-24, H04W84-18, H04W16-18
【公開號】CN104853365
【申請?zhí)枴緾N201510237551
【發(fā)明人】洪榛, 屠碧琪, 李喜樂, 王瑞, 高學(xué)江, 宋婷婷, 高金鳳
【申請人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月11日