分簇方法、装置和电子设备与流程

分簇方法、装置和电子设备
【技术领域】
1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种分簇方法、装置和电子设备。


背景技术：

2.无线传感器网络是由大量拥有数据处理能力和通信能力的节点组成的网络。无线传感器网络在进行组网时，为了提高能量利用效率并降低传输时延，通常会采取“分簇”的方式，即，将网络中的节点分为多个簇，每个簇均由“簇头”负责与其余簇或者外界终端进行通信。
3.目前，常见的分簇方法如自适应低功耗分层分簇算法等，在进行分簇时，需要网络中的各个节点进行大量的数据交换，这会使用大量的计算资源，节点能量消耗较大。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种分簇方法、装置和电子设备，能够大幅减少分簇过程中各个网络节点间的数据交互，提高分簇效率，降低分簇过程产生的能量损耗。
5.第一方面，本技术实施例提供一种分簇方法，包括：根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定所述各个节点的通信分值，所述第一关系节点为存在直接通信连接的节点；根据所述通信分值，从所述各个节点中确定出若干个簇头节点，所述若干个簇头节点之间互不为第一关系节点；分别向所述若干个簇头节点发送第一指示信息，所述第一指示信息用于所述若干个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。
6.其中一种可能的实现方式中，所述通信质量参数包括以下参数中的任意一种或多种的组合：通信成功率；通信重传率；通信吞吐量；通信时延。
7.其中一种可能的实现方式中，根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定所述各个节点的通信分值，所述第一关系节点为存在直接通信连接的节点，包括：根据网络中各个节点之间的通信连接关系建立邻接矩阵，并根据所述各个节点之间的通信质量参数建立通信质量矩阵；根据所述邻接矩阵以及所述通信质量矩阵，得到通信分值矩阵；将所述通信分值矩阵按列求和，得到所述各个节点的通信分值。
8.其中一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据网络中各个节点的总数与设定比例的乘积，确定待选取的簇头节点的数量n，所述n为正整数。
9.其中一种可能的实现方式中，根据所述通信分值，从所述各个节点中确定出若干个簇头节点，所述若干个簇头节点之间互不为第一关系节点，包括：将所述各个节点中所述通信分值最高、且互不为第一关系节点的n个节点确定为簇头节点。
10.其中一种可能的实现方式中，分别向所述若干个簇头节点发送第一指示信息之前，所述方法还包括：分别将所述若干个簇头节点的第一关系节点模拟划分为所述若干个簇头节点的簇成员；确定所述网络中剩余未入簇节点的数量；如果所述剩余未入簇节点的数量小于设定阈值，则将所述剩余未入簇节点新增为簇头节点。
11.其中一种可能的实现方式中，如果所述剩余未入簇节点的数量大于所述设定阈值，则所述方法还包括：将所述剩余未入簇节点中所述通信分值最高、且互不为第一关系节点的m个节点新增为簇头节点；为新增的各个簇头节点模拟划分簇成员并确认新的剩余未入簇节点的数量小于所述设定阈值；其中，所述m的取值根据所述剩余未入簇节点的数量确定。
12.第二方面，本技术实施例提供一种分簇装置，包括：确定模块，用于根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定所述各个节点的通信分值，所述第一关系节点为存在直接通信连接的节点；选取模块，用于根据所述通信分值，从所述各个节点中确定出若干个簇头节点，所述若干个簇头节点之间互不为第一关系节点；指示模块，用于分别向所述若干个簇头节点发送第一指示信息，所述第一指示信息用于所述若干个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。
13.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如第一方面所述的方法。
14.第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如第一方面所述的方法。
15.通过上述技术方案，可大幅减少分簇过程中各个网络节点之间的数据交互，提高分簇效率，降低分簇过程产生的能量损耗。
【附图说明】
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本技术实施例提供的一种分簇方法的流程图；
18.图2为本技术实施例提供的另一种分簇方法的流程图；
19.图3为本技术实施例提供的一种分簇装置的结构示意图；
20.图4为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
【具体实施方式】
21.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
22.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
23.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
24.本技术实施例可提供一种分簇设备，用于执行本技术实施例提供的分簇方法。分簇设备例如可以是无线传感器网络中的任意一个无线传感器节点，还可以是独立于无线传
感器网络的一种控制设备。本技术实施例对此不做限制。
25.图1为本技术实施例提供的一种分簇方法的流程图，如图1所示，上述分簇方法可以包括：
26.步骤101，根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定各个节点的通信分值。
27.本技术实施例中，第一关系节点指的是存在直接通信连接的节点，即相互之间的数据传输不需要中间节点进行转发。
28.对于网络中任意一个节点，本技术实施例可确定该节点的各个第一关系节点，并根据该节点与各个第一关系节点之间的通信质量参数，确定该节点的通信分值。其中，通信质量参数可以包括设定时间长度内的通信成功率、通信重传率、通信吞吐量以及通信时延中任意一种或多种的组合。通信分值可用于表征各个节点与其余节点之间的关联程度，通信分值越高，与其余节点之间的关联程度越大，联系越紧密。
29.本技术实施例中，可根据网络中各个节点之间的通信连接关系建立邻接矩阵h，根据各个节点之间的通信质量参数建立通信质量矩阵p。然后，可根据邻接矩阵h以及通信质量矩阵p，计算得到通信分值矩阵c。最后，将通信分值矩阵c按列求和，每一列的和值即为该列所对应的节点的通信分值。其中，通信分值矩阵c可根据如下公式计算得到：
30.c＝ph(i-ph)-1
31.其中，i为单位矩阵。
32.步骤102，根据通信分值，从各个节点中确定出若干个簇头节点，若干个簇头节点之间互不为第一关系节点。
33.本技术实施例中，首先，可根据网络中节点总数，确定待选取的簇头节点的个数。一种可能的实现方式中，可将上述节点总数与设定比例相乘，将得到的乘积n作为待选取的簇头节点的数量。其中，设定比例的取值可根据经验值确定。
34.然后，可根据各个节点的通信分值，按照通信分值从高至低的顺序遍历各个节点，直至确定出互不为第一关系节点的n个节点。然后，可将此n个节点确定为簇头节点。
35.步骤103，分别向若干个簇头节点发送第一指示信息，第一指示信息用于若干个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。
36.本技术实施例中，簇头节点组建簇成员的具体实现方式可参考现有技术，例如可以是，簇头节点分别向各自的各个第一关系节点发送入簇请求，并接收入簇响应。
37.通过上述技术方案，可将确定簇头节点的大量计算流程集中在分簇设备中，从而可大幅减少分簇过程中各个网络节点间的数据交互，提高分簇效率，降低分簇过程产生的能量损耗。
38.图2为本技术实施例提供的另一种分簇方法的流程图。如图2所示，本技术实施例提供的分簇方法可以包括：
39.步骤201，根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定各个节点的通信分值。
40.步骤202，根据通信分值，从各个节点中确定出若干个簇头节点，若干个簇头节点之间互不为第一关系节点。
41.步骤203，分别将若干个簇头节点的第一关系节点模拟划分为若干个簇头节点的
簇成员。
42.本技术实施例中，在向各个簇头节点发送第一指示信息之前，可先确认簇头节点的分配数量是否合理。具体的，可根据簇头节点组建簇成员的条件，分别为各个簇头节点模拟划分簇成员。其中，簇头节点组建簇成员的条件可以是，与簇头节点为第一关系节点。需要说明的是，模拟划分簇成员指的是，对各个簇头节点的簇成员进行模拟计算，并非是实际组建簇成员。
43.步骤204，确定网络中剩余未入簇节点的数量是否小于设定阈值，如果是，执行步骤205；否则，重新执行步骤202。
44.簇成员模拟划分完毕之后，基于通信连接关系的限制，网络中可能仍然存在剩余未入簇节点。可以理解的，剩余未入簇节点不为任何一个簇头节点的第一关系节点，无法成为任何一个簇头节点的簇成员。此时，可对网络中剩余未入簇节点的数量进行统计。
45.如果网络中剩余未入簇节点的数量小于设定阈值，那么，可认为当前簇头节点的分配数量合理。若此时剩余未入簇节点的数量不为0，那么，可执行步骤205，将剩余未入簇节点新增为簇头节点。其中，设定阈值可以根据网络中的节点总数确定，例如可以是节点总数的5％。
46.相反的，如果网络中剩余未入簇节点的数量大于设定阈值，那么，可认为当前簇头节点的分配数量不合理。此时，可重新执行步骤202，以增加簇头节点的数量。
47.在重新执行步骤202时，为提高簇头确定效率，可保留先前已确定好的各个簇头节点。待新增的簇头节点可从剩余未入簇节点中选取。
48.具体的，待新增的簇头节点的数量可根据当前剩余未入簇节点的数量确定。例如，可将剩余未入簇节点的数量与前述设定比例的乘积m，确定为待新增的簇头节点的数量。在选取时，可将剩余未入簇节点中通信分值最高、且互不为第一关系节点的m个节点新增为簇头节点。
49.步骤205，将剩余未入簇节点新增为簇头节点。
50.步骤206，分别向各个簇头节点发送第一指示信息，第一指示信息用于各个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。
51.通过上述技术方案，在向各个簇头节点发送第一指示信息之前，可先在分簇设备本地完成簇头节点分配的合理性验证。从而，可以避免不必要的能量消耗，提高分簇效率。
52.图3为本技术实施例提供的一种分簇装置的结构示意图。如图3所示，上述分簇装置可以包括：确定模块31、选取模块32以及指示模块33。
53.确定模块31，用于根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定各个节点的通信分值，第一关系节点为存在直接通信连接的节点。
54.选取模块32，用于根据通信分值，从各个节点中确定出若干个簇头节点，若干个簇头节点之间互不为第一关系节点。
55.指示模块33，用于分别向若干个簇头节点发送第一指示信息，第一指示信息用于若干个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。
56.一种具体的实现方式中，通信质量参数包括以下参数中的任意一种或多种的组合：通信成功率；通信重传率；通信吞吐量；通信时延。
57.一种具体的实现方式中，确定模块31具体用于，根据网络中各个节点之间的通信
连接关系建立邻接矩阵，并根据各个节点之间的通信质量参数建立通信质量矩阵；根据邻接矩阵以及通信质量矩阵，得到通信分值矩阵；将通信分值矩阵按列求和，得到各个节点的通信分值。
58.一种具体的实现方式中，选取模块32还用于，根据网络中各个节点的总数与设定比例的乘积，确定待选取的簇头节点的数量n，所述n为正整数。
59.一种具体的实现方式中，选取模块32具体用于，将各个节点中所述通信分值最高、且互不为第一关系节点的n个节点确定为簇头节点。
60.一种具体的实现方式中，上述装置还包括划分模块34，用于在指示模块33分别向若干个簇头节点发送第一指示信息之前，分别将若干个簇头节点的第一关系节点模拟划分为若干个簇头节点的簇成员；确定网络中剩余未入簇节点的数量；如果剩余未入簇节点的数量小于设定阈值，则将剩余未入簇节点新增为簇头节点。
61.一种具体的实现方式中，如果剩余未入簇节点的数量大于设定阈值，划分模块34还用于，将剩余未入簇节点中通信分值最高、且互不为第一关系节点的m个节点新增为簇头节点；为新增的各个簇头节点模拟划分簇成员并确认新的剩余未入簇节点的数量小于设定阈值；其中，m的取值根据剩余未入簇节点的数量确定。
62.上述技术方案中，首先，确定模块31可根据网络中各个节点与各自的第一关系节点之间的通信质量参数，分别确定各个节点的通信分值。然后，选取模块可根据通信分值，从各个节点中确定出若干个簇头节点。最后，指示模块可分别向若干个簇头节点发送第一指示信息，以使若干个簇头节点进行簇头身份确认并组建簇成员。从而，能够大幅减少分簇过程中各个网络节点间的数据交互，提高分簇效率，降低分簇过程产生的能量损耗。
63.图4为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图4所示，上述电子设备可以包括至少一个处理器；以及与上述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：存储器存储有可被处理器执行的程序指令，上述处理器调用上述程序指令能够执行本技术实施例提供的分簇方法。
64.其中，上述电子设备可以为分簇设备，本实施例对上述电子设备的具体形态不作限定。
65.图4示出了适于用来实现本技术实施方式的示例性电子设备的框图。图4显示的电子设备仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
66.如图4所示，电子设备以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器410，存储器430，连接不同系统组件(包括存储器430和处理器410)的通信总线440。
67.通信总线440表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(industry standard architecture；以下简称：isa)总线，微通道体系结构(micro channel architecture；以下简称：mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(video electronics standards association；以下简称：vesa)局域总线以及外围组件互连(peripheral component interconnection；以下简称：pci)总线。
68.电子设备典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子
设备访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
69.存储器430可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(random access memory；以下简称：ram)和/或高速缓存存储器。电子设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如：光盘只读存储器(compact disc read only memory；以下简称：cd-rom)、数字多功能只读光盘(digital video disc read only memory；以下简称：dvd-rom)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与通信总线440相连。存储器430可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本技术各实施例的功能。
70.具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在存储器430中，这样的程序模块包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本技术所描述的实施例中的功能和/或方法。
71.电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、显示器等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过通信接口420进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器(图4中未示出)与一个或者多个网络(例如局域网(local area network；以下简称：lan)，广域网(wide area network；以下简称：wan)和/或公共网络，例如因特网)通信，上述网络适配器可以通过通信总线440与电子设备的其它模块通信。应当明白，尽管图4中未示出，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(redundant arrays of independent drives；以下简称：raid)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
72.处理器410通过运行存储在存储器430中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本技术实施例提供的分簇方法。
73.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储计算机指令，上述计算机指令使上述计算机执行本技术实施例提供的分簇方法。
74.上述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(read only memory；以下简称：rom)、可擦式可编程只读存储器(erasable programmable read only memory；以下简称：eprom)或闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
75.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，
其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
76.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
78.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
79.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
80.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
81.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
82.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
83.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。