一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法及裝置與流程
2023-07-08 05:09:11 1
本發明涉及計算機技術領域，特別涉及一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法及裝置。
背景技術：
無線傳感器網絡是隨著無線通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術等技術的進步而發展起來的一種新興的信息獲取技術。
在無線傳感器網絡中，通過將各個無線節點進行分簇，並從每簇的各個無線節點中隨機選擇各簇的簇首。簇內的普通無線節點將數據發送到簇首，再由簇首將數據進行融合後發送給外部網關節點。
在此過程中，由於簇首需與簇內各個普通無線節點進行通信，因此簇首消耗的能量較多。有研究表明，當簇首越接近簇分布區域幾何中心時，簇首消耗的能量越小，而簇首的選擇過程為隨機選擇，沒有考慮各個無線節點在無線傳感器網絡中的位置，因此很可能出現能量消耗不均而造成簇首節點過早死亡的情況。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法及裝置，能延長簇首節點出現死亡的時間。
第一方面，本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法，包括：
預先確定無線傳感器網絡中的至少兩個無線節點分別對應的位置信息；
確定所述無線傳感器網絡的網絡劃分界限；
根據所述網絡劃分界限以及所述至少兩個無線節點分別對應的位置信息，從所述至少兩個無線節點中確定至少一個內部無線節點；
從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
優選地，
所述確定所述無線傳感器網絡的網絡劃分界限，包括：
確定所述至少兩個無線節點的數量和所述無線傳感器網絡的區域大小，以及所述至少兩個無線節點在所述無線傳感器網絡中的分布密度；
根據所述至少兩個無線節點的數量和所述區域大小，以及所述分布密度，確定所述網絡劃分界限。
優選地，
進一步包括：記錄每一個所述內部無線節點作為所述簇首節點的次數；
所述從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點，包括：
從所述至少一個內部無線節點中，確定作為所述簇首節點的次數小於預設次數閾值的至少一個待選擇內部無線節點；
從所述至少一個待選擇內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
優選地，
在所述從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點之後，進一步包括：
記錄所述簇首節點的工作時長；
當所述工作時長大於預設時長閾值時，從所述簇首節點以外的其他至少一個所述內部無線節點中，再次選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
第二方面，本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇裝置，包括：位置信息確定單元、界限確定單元、內部節點確定單元和簇首選擇單元；其中，
所述位置信息確定單元，用於確定無線傳感器網絡中的至少兩個無線節點分別對應的位置信息；
所述界限確定單元，用於確定所述無線傳感器網絡的網絡劃分界限；
所述內部節點確定單元，用於根據所述界限確定單元確定出的網絡劃分界限以及所述至少兩個無線節點分別對應的位置信息，從所述至少兩個無線節點中確定至少一個內部無線節點；
所述簇首選擇單元，用於從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
優選地，
所述界限確定單元，用於確定所述至少兩個無線節點的數量和所述無線傳感器網絡的區域大小，以及所述至少兩個無線節點在所述無線傳感器網絡中的分布密度；根據所述至少兩個無線節點的數量和所述區域大小，以及所述分布密度，確定所述網絡劃分界限。
優選地，
進一步包括：次數記錄單元；其中，
所述次數記錄單元，用於記錄所述內部節點確定單元確定出的每一個所述內部無線節點作為所述簇首節點的次數；
所述簇首選擇單元，用於從所述至少一個內部無線節點中，確定作為所述簇首節點的次數小於預設次數閾值的至少一個待選擇內部無線節點；從所述至少一個待選擇內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
優選地，
進一步包括：時長記錄單元；其中，
所述時長記錄單元，用於記錄所述簇首節點的工作時長；
所述簇首選擇單元，進一步用於當所述時長記錄單元記錄的工作時長大於預設時長閾值時，從所述簇首節點以外的其他至少一個所述內部無線節點中，再次選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
第三方面，本發明實施例提供了一種可讀介質，包括執行指令，當存儲控制器的處理器執行所述執行指令時，所述存儲控制器執行本發明上述任一實施例提供的方法。
第四方面，本發明實施例提供了一種存儲控制器，包括：處理器、存儲器和總線；所述存儲器用於存儲執行指令，所述處理器與所述存儲器通過所述總線連接，當所述存儲控制器運行時，所述處理器執行所述存儲器存儲的所述執行指令，以使所述存儲控制器執行本發明上述任一實施例提供的方法。
本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法及裝置，由於根據各個無線節點的位置信息和網絡劃分界限，確定出了靠近簇分布區域的幾何中心的內部無線節點，然後從這些內部無線節點中，選擇無線傳感器網絡的簇首節點。由此，選擇出的簇首節點為靠近簇分布區域幾何中心的無線節點，消耗的能量相對較少，從而延長了簇首節點出現死亡的時間。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明一個實施例提供的一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法的流程圖；
圖2是本發明另一個實施例提供的一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法的流程圖；
圖3是本發明一個實施例提供的一種無線傳感器網絡的簇首選擇裝置的結構示意圖；
圖4是本發明另一個實施例提供的一種無線傳感器網絡的簇首選擇裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示，本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法，該方法可以包括以下步驟：
步驟101：預先確定無線傳感器網絡中的至少兩個無線節點分別對應的位置信息；
步驟102：確定所述無線傳感器網絡的網絡劃分界限；
步驟103：根據所述網絡劃分界限以及所述至少兩個無線節點分別對應的位置信息，從所述至少兩個無線節點中確定至少一個內部無線節點；
步驟104：從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
上述實施例中，通過預先確定無線傳感器網絡中各個無線節點的位置信息，然後確定無線傳感器網絡的網絡劃分界限，並根據確定出的網絡劃分界限和各個無線節點的位置信息，確定出至少一個內部無線節點，然後從各個內部無線節點中，確定無線傳感器網絡的簇首節點。由於根據各個無線節點的位置信息和網絡劃分界限，確定出了靠近簇分布區域的幾何中心的內部無線節點，然後從這些內部無線節點中，選擇無線傳感器網絡的簇首節點。由此，選擇出的簇首節點為靠近簇分布區域幾何中心的無線節點，消耗的能量相對較少，從而延長了簇首節點出現死亡的時間。
具體地，本發明一個實施例中，步驟102的具體實施方式，可以包括：
確定所述至少兩個無線節點的數量和所述無線傳感器網絡的區域大小，以及所述至少兩個無線節點在所述無線傳感器網絡中的分布密度；
根據所述至少兩個無線節點的數量和所述區域大小，以及所述分布密度，確定所述網絡劃分界限。
在這裡，可根據各個無線節點的數量和無線傳感器網絡的區域大小，以及各個無線節點在無線傳感器網路中的分布密度，確定出網絡劃分界限。例如，可根據無線節點的數量、無線傳感器網絡的區域大小和分布密度，構建仿真場景，利用構建出的仿真場景進行實驗，確定網絡劃分界限。由此可使確定出的網絡劃分界限更精準，從而使確定內部無線節點的過程更準確，有利於進一步延長簇首節點出現死亡的時間。
本發明一個實施例中，該方法可以進一步包括：記錄每一個所述內部無線節點作為所述簇首節點的次數；
步驟104的具體實施方式，可以包括：
從所述至少一個內部無線節點中，確定作為所述簇首節點的次數小於預設次數閾值的至少一個待選擇內部無線節點；
從所述至少一個待選擇內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
舉例來說，預設次數閾值為5次，內部無線節點a已被選擇作為簇首節點5次，則在再次選擇簇首節點時，a將不會被選擇為簇首節點。無線傳感器網絡中的各個無線節點通常工作在比較嚴苛的環境之下，一旦布置完成，想要更換傳感器節點的電池幾乎是不可能的，而簇首節點相較於其他普通無線節點消耗的能量較多，因此，這可避免一個無線節點被選擇為簇首節點的次數過多而導致過早死亡的情況，進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
本發明一個實施例中，在步驟104之後，可以進一步包括：
記錄所述簇首節點的工作時長；
當所述工作時長大於預設時長閾值時，從所述簇首節點以外的其他至少一個所述內部無線節點中，再次選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
在這裡，當一個無線節點作為簇首節點進行工作的工作時長達到預設時長閾值時，將從其他內部無線節點中重新選擇簇首節點。由於簇首節點相較於其他普通無線節點消耗的能量較多，因此這可避免一個無線節點作為簇首節點工作的工作時長較長而過早死亡的情況，從而進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
如圖2所示，本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇方法，該方法可以包括以下步驟：
步驟201：確定無線傳感器網絡中的至少兩個無線節點分別對應的位置信息。
例如，無線傳感器網絡中有三個無線節點a、b和c，其位置信息分別為a(2，2)，b(4，4)和c(1，2)。
步驟202：確定所述至少兩個無線節點的數量和所述無線傳感器網絡的區域大小，以及所述至少兩個無線節點在所述無線傳感器網絡中的分布密度。
步驟203：根據所述至少兩個無線節點的數量和所述區域大小，以及所述分布密度，確定所述網絡劃分界限。
例如，可根據無線節點的數量、無線傳感器網絡的區域大小和分布密度，構建仿真場景，利用構建出的仿真場景進行實驗，確定網絡劃分界限。在這裡，以確定出的網絡劃分界限為3*3為例。
步驟204：根據所述網絡劃分界限以及所述至少兩個無線節點分別對應的位置信息，從所述至少兩個無線節點中確定至少一個內部無線節點。
在這裡，可確定出兩個內部無線節點，分別為a(2，2)和c(1，2)。
步驟205：從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點，並記錄簇首節點的工作時長。
步驟206：當所述工作時長大於預設時長閾值時，從所述簇首節點以外的其他至少一個所述內部無線節點中，再次選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
例如，選擇出的簇首節點為a，則當a作為簇首節點的工作時長達到預設時長閾值時，將b選擇為簇首節點。這有利於延長簇首節點出現死亡的時間。
本實施例中的方法至少可通過以下程序實現：
如圖3所示，本發明實施例提供了一種無線傳感器網絡的簇首選擇裝置，包括：位置信息確定單元301、界限確定單元302、內部節點確定單元303和簇首選擇單元304；其中，
所述位置信息確定單元301，用於確定無線傳感器網絡中的至少兩個無線節點分別對應的位置信息；
所述界限確定單元302，用於確定所述無線傳感器網絡的網絡劃分界限；
所述內部節點確定單元303，用於根據所述界限確定單元302確定出的網絡劃分界限以及所述至少兩個無線節點分別對應的位置信息，從所述至少兩個無線節點中確定至少一個內部無線節點；
所述簇首選擇單元304，用於從所述至少一個內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
上述實施例中，通過預先確定無線傳感器網絡中各個無線節點的位置信息，然後確定無線傳感器網絡的網絡劃分界限，並根據確定出的網絡劃分界限和各個無線節點的位置信息，確定出至少一個內部無線節點，然後從各個內部無線節點中，確定無線傳感器網絡的簇首節點。由於根據各個無線節點的位置信息和網絡劃分界限，確定出了靠近簇分布區域的幾何中心的內部無線節點，然後從這些內部無線節點中，選擇無線傳感器網絡的簇首節點。由此，選擇出的簇首節點為靠近簇分布區域幾何中心的無線節點，消耗的能量相對較少，從而延長了簇首節點出現死亡的時間。
具體地，本發明一個實施例中，所述界限確定單元301，用於確定所述至少兩個無線節點的數量和所述無線傳感器網絡的區域大小，以及所述至少兩個無線節點在所述無線傳感器網絡中的分布密度；根據所述至少兩個無線節點的數量和所述區域大小，以及所述分布密度，確定所述網絡劃分界限。
在這裡，可根據各個無線節點的數量和無線傳感器網絡的區域大小，以及各個無線節點在無線傳感器網路中的分布密度，確定出網絡劃分界限。例如，可根據無線節點的數量、無線傳感器網絡的區域大小和分布密度，構建仿真場景，利用構建出的仿真場景進行實驗，確定網絡劃分界限。由此可使確定出的網絡劃分界限更精準，從而使確定內部無線節點的過程更準確，有利於進一步延長簇首節點出現死亡的時間。
本發明一個實施例中，如圖4所示，該裝置可以進一步包括：次數記錄單元401；其中，
所述次數記錄單元401，用於記錄所述內部節點確定單元303確定出的每一個所述內部無線節點作為所述簇首節點的次數；
所述簇首選擇單元304，用於從所述至少一個內部無線節點中，確定作為所述簇首節點的次數小於預設次數閾值的至少一個待選擇內部無線節點；從所述至少一個待選擇內部無線節點中，選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
舉例來說，預設次數閾值為5次，內部無線節點a已被選擇作為簇首節點5次，則在再次選擇簇首節點時，a將不會被選擇為簇首節點。無線傳感器網絡中的各個無線節點通常工作在比較嚴苛的環境之下，一旦布置完成，想要更換傳感器節點的電池幾乎是不可能的，而簇首節點相較於其他普通無線節點消耗的能量較多，因此，這可避免一個無線節點被選擇為簇首節點的次數過多而導致過早死亡的情況，進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
本發明一個實施例中，該裝置可以進一步包括：時長記錄單元；其中，
所述時長記錄單元，用於記錄所述簇首節點的工作時長；
所述簇首選擇單元，進一步用於當所述時長記錄單元記錄的工作時長大於預設時長閾值時，從所述簇首節點以外的其他至少一個所述內部無線節點中，再次選擇所述無線傳感器網絡的簇首節點。
在這裡，當一個無線節點作為簇首節點進行工作的工作時長達到預設時長閾值時，將從其他內部無線節點中重新選擇簇首節點。由於簇首節點相較於其他普通無線節點消耗的能量較多，因此這可避免一個無線節點作為簇首節點工作的工作時長較長而過早死亡的情況，從而進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
上述裝置內的各單元之間的信息交互、執行過程等內容，由於與本發明方法實施例基於同一構思，具體內容可參見本發明方法實施例中的敘述，此處不再贅述。
本發明還提供了一種可讀介質，包括執行指令，當存儲控制器的處理器執行所述執行指令時，所述存儲控制器執行本發明上述任一實施例提供的方法。
另外，本發明還提供了一種存儲控制器，包括：處理器、存儲器和總線；所述存儲器用於存儲執行指令，所述處理器與所述存儲器通過所述總線連接，當所述存儲控制器運行時，所述處理器執行所述存儲器存儲的所述執行指令，以使所述存儲控制器執行本發明上述任一實施例提供的方法。
綜上所述，本發明的各個實施例至少具有如下有益效果：
1、在本發明實施例中，通過預先確定無線傳感器網絡中各個無線節點的位置信息，然後確定無線傳感器網絡的網絡劃分界限，並根據確定出的網絡劃分界限和各個無線節點的位置信息，確定出至少一個內部無線節點，然後從各個內部無線節點中，確定無線傳感器網絡的簇首節點。由於根據各個無線節點的位置信息和網絡劃分界限，確定出了靠近簇分布區域的幾何中心的內部無線節點，然後從這些內部無線節點中，選擇無線傳感器網絡的簇首節點。由此，選擇出的簇首節點為靠近簇分布區域幾何中心的無線節點，消耗的能量相對較少，從而延長了簇首節點出現死亡的時間。
2、在本發明實施例中，根據各個無線節點的數量和無線傳感器網絡的區域大小，以及各個無線節點在無線傳感器網路中的分布密度，確定出網絡劃分界限。由此可使確定出的網絡劃分界限更精準，從而使確定內部無線節點的過程更準確，有利於進一步延長簇首節點出現死亡的時間。
3、在本發明實施例中，記錄各個內部無線節點作為簇首節點的次數，當從內部無線節點中選擇簇首節點時，從作為簇首節點的次數小於預設次數閾值的待選擇內部無線節點中進行選擇。由此可避免一個無線節點被選擇為簇首節點的次數過多而導致過早死亡的情況，進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
4、在本發明實施例中，當一個無線節點作為簇首節點進行工作的工作時長達到預設時長閾值時，將從其他內部無線節點中重新選擇簇首節點。這可避免一個無線節點作為簇首節點工作的工作時長較長而過早死亡的情況，從而進一步延長了簇首節點出現死亡的時間。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個······」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同因素。
本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲在計算機可讀取的存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：rom、ram、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質中。
最後需要說明的是：以上所述僅為本發明的較佳實施例，僅用於說明本發明的技術方案，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。