一種基于能耗的leach輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于能耗的LEACH輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括如下步驟：首先計(jì)算LEACH協(xié)議中節(jié)點(diǎn)每輪能量消耗，然后根據(jù)每輪的能量消耗計(jì)算每輪持續(xù)時(shí)間，最后基于每輪能量消耗均衡原則動(dòng)態(tài)調(diào)整各簇每輪的持續(xù)時(shí)間。LEACH協(xié)議中應(yīng)用本發(fā)明提出的基于能耗的LEACH輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，可以有效優(yōu)化選簇周期、平衡節(jié)點(diǎn)間能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于能耗的LEACH輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于能耗的Leach輪換時(shí)間的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期是一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中重要的問(wèn)題。很多學(xué)者也提出了很多 高效節(jié)能的協(xié)議來(lái)延長(zhǎng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的生命周期。目前，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分簇來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的均衡 以此實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期是研究的熱點(diǎn)方向。LEACH算法是由Heinzelman等人提出的最 流行的基于分簇的高效節(jié)能的通信協(xié)議，協(xié)議通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇并將能量均衡負(fù)載到各 個(gè)簇中來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)中總能量的消耗。為了確保能量的均衡消耗，LEACH周期性的在所有節(jié) 點(diǎn)中隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)來(lái)充當(dāng)簇頭。LEACH協(xié)議是以"輪"來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一輪包括：建立階段和 穩(wěn)定運(yùn)行階段。建立階段要完成簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇、簇頭節(jié)點(diǎn)的廣播、非簇頭節(jié)點(diǎn)的加入的簇 形成過(guò)程以及簇頭節(jié)點(diǎn)為簇內(nèi)成員分配TDMA時(shí)隙的TDMA調(diào)度過(guò)程；在穩(wěn)定運(yùn)行階段，簇頭 接受來(lái)自其成員的消息并將聚合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。然而，LEACH的許多參數(shù)可以影響 協(xié)議的性能，這些參數(shù)都有待優(yōu)化，如，閥值，簇的數(shù)目等等。因此，許多學(xué)者都致力于優(yōu)化 LEACH的參數(shù)來(lái)提高LEACH的性能。盡管很多人對(duì)LEACH做了不同的優(yōu)化，但是LEACH每 一輪持續(xù)的時(shí)間卻很少有人研究。每一輪持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)性能是很關(guān)鍵 的。如果時(shí)間太長(zhǎng)，那么簇頭就長(zhǎng)時(shí)間的處于活躍狀態(tài)，簇頭節(jié)點(diǎn)的能量就會(huì)很快的消耗完 畢；如果時(shí)間太短，簇頭的選擇過(guò)于頻繁導(dǎo)致過(guò)多的能量浪費(fèi)在簇建立階段，因?yàn)檫@一階段 是不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于能耗的Leach輪 換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。
[0004] 本發(fā)明的思想是根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量和能量消耗的不同，動(dòng)態(tài)的調(diào)整每輪的持續(xù)時(shí) 間，以此來(lái)優(yōu)化LEACH的選簇周期、平衡節(jié)點(diǎn)間的能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種基于能耗的LEACH輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、計(jì)算LEACH協(xié)議中節(jié)點(diǎn)每輪能量消耗，包括以下內(nèi)容：
[0008] 第1. 1步：根據(jù)下式計(jì)算每輪中簇頭結(jié)點(diǎn)的能量消耗：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于能耗的LEACH輪換時(shí)間動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、計(jì)算LEACH協(xié)議中節(jié)點(diǎn)每輪能量消耗，包括以下內(nèi)容： 第1. 1步：根據(jù)下式計(jì)算每輪中簇頭結(jié)點(diǎn)的能量消耗：
其中?表示簇頭節(jié)點(diǎn)的每巾貞的能量消耗，表示簇頭節(jié)點(diǎn)每輪的能量消 耗，叫表示簇i包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，1表示每個(gè)信息包中所含的比特?cái)?shù)，Eele。表示傳播一比特 數(shù)據(jù)所消耗能量，E DA表示聚合一比特?cái)?shù)據(jù)所需能量，di t()BS代表簇頭節(jié)點(diǎn)i到基站的距離， ε _表示當(dāng)d >屯時(shí)射頻放大器傳輸lbit單位平方米的平方所耗的能量，屯為預(yù)先假定 的閥值距離，Nfranres/Mund表示每輪傳輸數(shù)據(jù)幀的數(shù)量； 第1. 2步：根據(jù)下式計(jì)算每輪中非簇頭結(jié)點(diǎn)的能量消耗：
| (3) 其中表示簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)的每巾貞的能量消耗，dk_t()ai代表簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)k到簇 頭結(jié)點(diǎn)的距離，ε fs表示當(dāng)d <屯時(shí)發(fā)射放大器傳輸lbit單位平方米所耗的能量，EkutB/ 表示簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)每輪的能量消耗； 步驟二、計(jì)算LEACH協(xié)議每輪持續(xù)時(shí)間，包括以下內(nèi)容： 第2. 1步：根據(jù)下式計(jì)算每輪中簇i消耗的總能量：
其中，Ei total表示簇i每輪的能量消耗； 第2. 2步：根據(jù)下式計(jì)算每輪中簇i傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量：
第2. 3步：根據(jù)下式計(jì)算每一輪的持續(xù)時(shí)間：
其中rb為比特率； 步驟三、動(dòng)態(tài)調(diào)整各簇每輪的持續(xù)時(shí)間，包括以下內(nèi)容： 第3. 1步：進(jìn)一步計(jì)算簇i在一輪中的能量消耗： 由式（7)的簇i每輪的能量消耗為：
第3. 2步：動(dòng)態(tài)調(diào)整各簇的每輪持續(xù)時(shí)間，包括一下內(nèi)容： 在當(dāng)前輪各簇中找出簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)最多、剩余能量最大的作為最大簇，記為簇j，簇j的 每輪持續(xù)時(shí)間t,_ 按照式（10)調(diào)整，其它簇的時(shí)間按照式（11)調(diào)整：
將設(shè)定為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的選簇周期，非最大簇在其規(guī)定的每輪持續(xù)時(shí)間ti Mmd內(nèi)進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)傳輸完畢后，休眠 tu_d-ti Mmd時(shí)間以節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，然后與 最大簇節(jié)點(diǎn)一起進(jìn)入下一輪過(guò)程。
【文檔編號(hào)】H04W52/02GK104093196SQ201410320567
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】禮欣, 李遵光, 張鴻雁, 樊秀梅 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)