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专利号: 2021100039904
申请人: 湖州师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于六边形质心的簇头选举和动态时隙分配的簇路由方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:建立网络模型:引用基于六边形网格的网络结构,每个六边形有一个质心,假定存在M个质心,则它们的坐标表示为 且k=1,2,···,M,若簇头位于质心,则能以最少的簇头数覆盖网络;引用轮群概念:一个轮群由N个轮构成,在轮群开始时,进行簇头选择,每一轮由初始阶段和数据传输阶段构成,在初始阶段,完成簇头选择,并形成簇;在数据传输阶段,将时间划分不同时隙,并依通过节点密度给节点分配时隙,然后用于节点传输数据;

S2:建立能耗模型:向相距d米接收端传输m比特数据,所消耗的能量ETx(m,d):式中:Eelec表示每传输一比特数据所消耗的能量;εfs、εamp分别表示在自由空间、双径衰落传输模型下的能量消耗因子;

节点接收m比特数据所消耗的能量ERx(m):

ERx(m)=m*Eelec        (2)

S3:簇头候选节点集:基站先收集网络内所有节点的能量,再计算节点平均能量Eavg,然后依据Eavg,选择部分节点加入候选节点集ψCH,对于任意节点Si,若它的剩余能量Ei大于平均能量Eavg,则将Si加入ψCH,即ψCH←Si,通过公式(3)表示:ψCH←Si,if Ei≥Eavg    (3)

S4:设置节点序值:

首先,构建N×M个离质心距离矩阵 如式(4)所示:

for i=1:N

for k=1:M

end for

end for      (4)

式中:(xi,yi)表示节点Si的位置坐标,

矩阵 中第一行 表示节点S1离M个质心距离,类似地,第i行 表示节点Si离M个质心距离,离质心距离越小,成为簇头概率越大,计算矩阵 中每一行的距离最小值,如式(5)所示:

利用式(5)可计算N个节点离M个质心的最小距离,并依N个节点的最小距离值,对ψCH内的节点按升序进行排序,形成有序矩阵 令λi表示节点Si在 的排序号,利用λi定义节点的序值其中|ψCH|表示矩阵ψCH的元素个数;

S5:选举簇头:基站依据式(6)计算每个传感节点的序值,并将此序值传输至各传感节点,在每个超轮开始,传感节点就将自己的序值与式(7)所定义的阈值进行比较,若大于此阈值,就成为簇头:S6:基于可变长的时隙分配:形成簇后,簇头采用时分多址TDMA方式给本簇内节点分配时隙。

2.根据权利要求1所述的基于六边形质心的簇头选举和动态时隙分配的簇路由方法,其特征在于:在S1中,六边形的面积为:其中,R为六边形内切圆半径。

3.根据权利要求1所述的基于六边形质心的簇头选举和动态时隙分配的簇路由方法,其特征在于:所述基于可变长的时隙分配具体包括以下步骤:第一步:初始状态时隙分配:

簇头采用等长时隙规则分配时隙,采用m个时间帧,每个时间帧分配成n个时隙,初始分配时隙后,簇头就将时隙分配表在本簇内广播,簇成员节点接收时隙分配表后,就依据此时隙分配表传输数据,当节点要传输数据,就先向簇头发送一个“开始发送的”的控制消息,再开始传输数据Data,若在所分配的时隙内,节点能够完成数据Data的传输,就在数据Data传输完毕后,再发送一个“发送完毕”的控制消息,随后进入休眠状态,将发送“发送完毕”控制消息的节点称为工作节点,若在所分配的时隙内,就在本时隙结束后,再发送一个“申请继续”的控制消息,将发送“申请继续”的控制消息的节点称为繁忙节点,第二步:时隙调整

簇头会依据上一轮节点的状态调整节点的时隙,簇头引用时隙调整因子λ调整节点的时隙,令F(k,j)表示节点Sj在第k个时间帧的状态,若节点Sj为工作节点,F(k,j)=0;若节点Si为繁忙节点,F(k,j)=1,令λ(k+1,j)表示节点Sj在第k+1个时间帧的时隙调整因子,且λ(k+1,j)=1+0.5F(k,j),假定一个簇内有n个节点,节点Si属于该簇内的一个节点,簇头就依据式(8)调整节点Si在下一个时间帧的时隙长度:式中:Ts(k,j)表示第k个时间帧的第j个时隙长度;Ts(k+1,j)表示第k+1个时间帧的第j个时隙长度。