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本发明属于楼宇监控技术领域,公开了一种面向高耸构筑物监测的簇首选举及自适应分簇方法及系统。本发明在高耸构筑物环境下提出了一种基于权值的自适应分布式分簇路由方法,以传感器节点和簇首为研究对象,构造出一种高效的路由通信方案。本发明的目的在于,提供一种高耸构筑物监测的低功率优化方法,解决现有技术中无法实现对高耸构筑物进行长期、连续、实时、低功耗的结构健康监测问题。
The invention belongs to the technical field of building monitoring, and discloses a cluster head election and self-adaptive clustering method and a cluster head election and self-adaptive clustering system for high-rise structure monitoring. The invention provides a weight-based self-adaptive distributed clustering routing method in a high-rise structure environment, and an efficient routing communication scheme is constructed by taking sensor nodes and cluster heads as research objects. The invention aims to provide a low-power optimization method for monitoring a high-rise structure, which solves the problem that long-term, continuous, real-time and low-power-consumption structure health monitoring cannot be realized on the high-rise structure in the prior art.
| 方法过程 | 其它方法过程 | 簇头选举方法 |
| 生物(体) | 动物组织 | 高层结构 |
| 计算控制 | 监测方法 | 监测 |
| 技术功效句 | 延长网络寿命; 更好的实现对高耸建筑物长期、连续和低功耗的监测; 能够降低网络能耗; 节点生命周期较短的问题; 节点能耗相对较小; 而且有效提高了节点生命周期; 解决现有技术中无法实现对高耸构筑物进行长期、连续、实时、低功耗的结构健康监测问题; 避免了簇头分布较为集中的情况; 仿真结果表明该算法簇头分布更加均匀; 构造出一种一直基于权值的分簇组网方法能够自适应选举出剩余能量和位置综合最优的传感器节点完成簇首选举 |
| 技术功效短语 | 延长网络寿命; 实现长期监测; 降低网络能耗; 生命周期短; 节点能耗较小; 提高生命周期; 健康监测; 避免簇头分布较为集中情况; 簇头分布均匀; 完成簇首选举 |
| 技术功效1级 | 寿命; 监测; 消耗; 周期; 健康; 集中度; 均匀性; 完成率 |
| 技术功效2级 | 寿命提高; 监测; 消耗降低; 周期降低; 周期提高; 健康; 集中度避免; 均匀性提高; 完成率 |
| 技术功效3级 | 延长网络寿命提高; 实现长期监测; 网络能源消耗降低; 生命周期降低; 节点能源消耗降低; 生命周期提高; 监测健康; 簇头分布较为集中度避免; 簇头分布均匀性提高; 簇首选举完成率 |
| 技术功效TRIZ参数 | 27-可靠性;37-控制与测量的复杂性;23-物质损失;15-时间;29-制造精度; |
| 主分类号 |
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| IPC分类号 | |
| CPC分类号 |
| 国民经济行业分类 | 制造业 信息传输、软件和信息技术服务业 居民服务、修理和其他服务业 |
| 国民经济行业(主) | 制造业 信息传输、软件和信息技术服务业 居民服务、修理和其他服务业 |
| 新兴产业分类 | 下一代信息网络产业 |
| 新兴产业(主) | 下一代信息网络产业 |
| 知识密集型分类 | 信息通信技术制造业 信息通信技术服务业 新装备制造业 |
| 学科分类 | 工程 |
| 清洁能源产业分类 | 风能产业 |
| 数字经济核心产业分类 | 数字产品制造业 数字技术应用业 数字要素驱动业 |
| 代理机构 | 西安恒泰知识产权代理事务所 61216 |
| 代理人 | 王芳 |
| 申请语言 | 汉语 |
| 审查员 | 马慧 |
1.一种面向高耸构筑物监测的自适应分簇方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:根据面向高耸构筑物监测的簇首选举方法获得多个簇首节点;
步骤2:根据式Ⅱ计算每个非簇首节点在通信半径内的加入簇首所在簇的成簇适合函数值,根据式Ⅲ计算每个非簇首节点加入基站簇的成簇适合函数值;其中,Fq‑C表示当前非簇首节点q加入簇首所在簇的成簇适合函数,Fq‑B表示当前非簇首节点q加入基站簇的成簇适合函数,CHj表示当前非簇首节点q通信半径范围内Fq‑C值最小的簇首节点,α和β分别为成簇适合因子,且α+β=1,λ为权重因子,λ∈[0,1],
为非簇首节点q到CHj之间的距离,d(q,BS)为非簇首节点q到基站之间的距离,d''max‑B为非簇首节点q到基站之间的最远距离,dmax‑c为当前网络中非簇首节点到簇首之间的最远距离,E0为节点初始能量,Ecurrent为节点当前剩余能量;
步骤3:比较每个非簇首节点的成簇函数值,向成簇适合函数值小的簇首所在簇或基站簇发送成簇请求,簇首所在簇或基站簇接受每个非簇首节点的成簇请求,完成分簇;
所述的面向高耸构筑物监测的簇首选举方法,包括如下步骤:
步骤a:根据式Ⅰ计算每个节点的本地权值;其中,Ti为节点i的本地权值,i∈[1,100],ω1、ω2和ω3分别为加权系数,且ω1+ω2+ω3=1,
为节点i到各邻居节点j的距离平方和,n为节点i的邻居节点个数,0<n<N,N为网络中节点总个数,E0为节点初始能量
,Ecurrent为节点当前剩余能量,di‑j表示为节点i到邻居节点j的距离,R为节点探测半径,为理想邻居节点个数,di‑B为节点i到基站的距离,dmax‑B为节点到基站的最大距离,dmin‑B为节点到基站的最小距离;
步骤b:根据步骤a得到的所有节点的本地权值,对所有节点进行倒序排序,选出排序前10%的节点作为簇首候选节点,对所有候选节点依次进行判断,若当前候选节点的通信半径R范围内有其他候选节点,则比对当前候选节点和其他候选节点的本地权值,将最小权值的候选节点作为簇首节点;若当前簇首候选节点的通信半径R范围内无其他候选节点,则将当前候选节点作为簇首节点,得到多个簇首节点,簇首选取结束。
2.一种面向高耸构筑物监测的自适应分簇系统,其特征在于,包括面向高耸构筑物监测的簇首选举系统和成簇模块;
所述的面向高耸构筑物监测的簇首选举系统包括:本地权值计算模块,排序筛选模块和簇首判断模块;
所述本地权值计算模块用于根据式Ⅰ计算每个节点的本地权值;其中,Ti为节点i的本地权值,i∈[1,100],ω1、ω2和ω3分别为加权系数,且ω1+ω2+ω3=1,
为节点i到各邻居节点j的距离平方和,n为节点i的邻居节点个数,0<n<N,N为网络中节点总个数,E0为节点初始能量
,Ecurrent为节点当前剩余能量,di‑j表示为节点i到邻居节点j的距离,R为节点探测半径,为理想邻居节点个数,di‑B为节点i到基站的距离,dmax‑B为节点到基站的最大距离,dmin‑B为节点到基站的最小距离;
所述排序筛选模块用于对所有节点根据本地权值计算模块得到的本地权值进行倒序排序,选出排序前10%的节点作为簇首候选节点;
所述簇首判断模块用于对所有簇首候选节点进行判断,若当前候选节点的通信半径R范围内有其他候选节点,则比对当前候选节点和其他候选节点的本地权值,将最小权值的候选节点作为簇首节点;若当前簇首候选节点的通信半径R范围内无其他候选节点,则将当前候选节点作为簇首节点,得到多个簇首节点;
所述成簇模块包括成簇适合函数值计算子模块和请求子模块;
所述成簇适合函数值计算子模块用于根据式Ⅱ计算每个非簇首节点在通信半径内的加入簇首所在簇的成簇适合函数值,根据式Ⅲ计算每个非簇首节点加入基站簇的成簇适合函数值;其中,Fq‑C表示当前非簇首节点q加入簇首所在簇的成簇适合函数,Fq‑B表示当前非簇首节点q加入基站簇的成簇适合函数,CHj表示当前非簇首节点q通信半径范围内Fq‑C值最小的簇首节点,α和β分别为成簇适合因子,且α+β=1,λ为权重因子,λ∈[0,1],
为非簇首节点q到CHj之间的距离,d(q,BS)为非簇首节点q到基站之间的距离,d''max‑B为非簇首节点q到基站之间的最远距离,dmax‑c为当前网络中非簇首节点到簇首之间的最远距离;
所述请求子模块用于比较每个非簇首节点的成簇函数值,向成簇适合函数值小的簇首所在簇或基站簇发送成簇请求,簇首所在簇或基站簇接受每个非簇首节点的成簇请求,完成分簇。
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