1.基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:计算本轮最佳成簇个数qopt;
S2:根据候选簇首,即认知节点周围其它认知节点的分布密度来决定竞争半径的大小;
S3:考虑节点剩余能量值和节点连接度后选择簇首;
S4:筛查去掉部分位置相邻的簇首来完成最终簇首选择;
S5:非簇首认知节点基于到簇首距离及其关于认知节点的连接度选簇;
S6:数据传感器节点基于到簇首距离、关于数据节点的连接度以及距离Sink节点的距离来决定入簇。
2.根据权利要求1所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S1中,建立不同类型节点的能量消耗模型;其中簇首工作从协作频谱感知开始,其工作时序依次为接收非簇首认知节点协作频谱感知信息,频谱感知结果决策并广播,接收数据节点收集的数据,融合数据,然后发送和中继数据;簇首在一轮中的能耗公式为:其中,M表示平均每个簇中数据节点个数,L1表示数据节点事件感知数据包大小,N表示平均每个簇中非簇首认知节点个数,L2表示认知节点频谱感知结果和控制信息数据包大小,EDA为融合1bit数据消耗的能量,dtoNEXT表示簇首节点到下一跳节点的平均距离,dtoCH表示簇内节点到簇首的平均距离;Esense为单个认知节点频谱感知消耗的能量,L3表示为本簇事件感知数据包大小和中继转发其他簇数据的和,即簇首的平均传输的数据量,L4表示为簇首平均接收数据量,即中继簇首的平均接收数据;
非簇首认知节点能量消耗模型:
数据节点能量消耗模型:
第r轮要选取q个簇首,平均每个簇中数据节点个数为K(1-m)/q,每个簇中非簇首认知节点个数为(K·m/q)-1;
一个簇在一轮中的平均能量消耗为:
进而得到整个网络在一轮中的能量消耗总量:
Eround=q·Ecluster
对Eround求关于q的偏导,并令该偏导数等于0,得到最优成簇个数:
3.根据权利要求2所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S2中,候选簇首,即认知节点采用不均匀竞争半径,将距离认知节点Si最近的第Y个认知节点到Si的距离记为Si的竞争半径,记为 其中,
4.根据权利要求3所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S3中,认知节点与其竞争半径范围内的点构建其邻簇首集合,集合构建完成后,认知节点根据自身剩余能量和周围节点个数,即连接度做出其是否担任簇首的决策。
5.根据权利要求4所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S4中,检查已选簇首集合中是否存在相邻近的节点,即检查节点是否满足条件其中 为筛查距离,d(CHi,CHj)为簇首CHi到簇首CHj的距离;如果在簇首集合中存在邻近节点,那么将剩余能量小的节点从簇首集合中删除;将上述流程称为一次筛查;经历过一遍筛查后将剩余簇首个数与预期最佳成簇个数qopt对比如果剩余簇首个数仍大于qopt,将筛查距离扩大为 再进行一次筛查;
如果剩余簇首个数等于qopt,将剩余的簇首作为本轮簇首;
特殊情况如果在经过一次筛查后剩余簇首个数小于qopt,将从未被包含于簇首范围内的认知节点中选择满足簇首条件的点,如果都不满足则以当前簇首作为本轮簇首。
6.根据权利要求5所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S5中,非簇首认知节点选簇过程中,考虑到簇首的距离和簇首平均半径范围内的认知节点个数两个因素,并且提出一个综合考虑这两个因素的选簇规则,即赋予两个因素不同权重进行叠加计算其综合值,选择综合值小的簇首加入,其计算公式如下:f1=w1p1d1+w2p2CCN
其中w1,w2为权重系数,d1为非簇首的认知节点Si到簇首的距离,CCN为簇首平均半径范围内认知节点的个数;由于d1的值要远大于CCN,为使两个因素能够对选择发挥同等影响力,增加p1,p2平衡因子。
7.根据权利要求6所述的基于异质节点的无线认知传感器网络低能量适应性分簇方法,其特征在于:在步骤S6中,数据节点选择簇首考虑三个因素:数据节点到簇首的距离、簇首周围数据节点个数以及簇首到Sink节点的距离;分别赋予三个因素不同权重计算其综合值,数据节点选择最小值相关的簇首加入;计算公式如下:其中w3,w4,w5为权重系数,d2为数据节点到簇首的距离,d3为数据节点到Sink节点的距离,CSN为簇首平均半径范围内数据节点的个数,dtoBS为簇首到Sink节点的距离;同样为了使各个参数能够处于同一量级,对值计算有同样的重要性,引入平衡因子p3、p4、p5。