CN104469879B - 一种动态k值分簇路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种动态k值分簇路由方法，本发明在每个周期的第1轮划分网络的分簇结构，然后结合当前网络分簇情况和能量分布计算出一个网络有效k值NK，并在接下来的NK轮内保持分簇结构不变，只在簇内进行簇头的更新。网络有效k值在每个周期开始时都会重新计算，因此网络周期的轮数是动态变化的；通过动态设置网络分簇周期，可以有效降低不良分簇结构对网络性能的影响，提高网络节点的能量利用率，有效均衡簇内节点的负载。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器网络分簇路由协议领域，特别是一种动态k值分簇路由方法。
背景技术
在无线传感器网络中，分布在网络中的传感器节点负责采集环境中的各类数据，并将数据周期性地发送给基站。由于传感器节点能量有限，每次采集和发送数据的操作都会消耗一定的能量。随着网络的运行，越来越多的节点由于能量耗尽而死亡，导致网络的性能不断下降甚至瘫痪。传统的无线传感器网络中，节点都是通过直接与基站进行通信来传送采集的数据，而且能耗大小与节点到的基站距离成正比，这一过程需要消耗大量能量。为了使得节点能量更多地用于数据采集，需要在无线传感器网络中引入路由协议，这也成为了无线传感器领域的一个研究热点。
目前已有很多基于无线传感器网络的节能路由协议被提了出来，从网络拓扑结构的角度可以大体将它们分为平面路由协议和分簇路由协议。平面路由协议中，各个网络节点的地位是平等的，它们通过相互之间的局部操作和信息反馈来生成路由。在这类协议中，目的节点向监测区域的节点发出查询命令，监测区域内的节点收到查询命令后，向目的节点发送监测数据。平面路由协议由于各个节点地位平等，所以网络结构简单、易扩展，不易产生瓶颈效应，但是由于缺少管理节点，因而缺乏对通信数据的优化，自组织协同工作算法也很复杂，对网络动态变化反应速度较慢，典型的平面路由协议有SPIN、SAR等。
相比较平面路由协议，分簇路由协议中的网络被划分成多个簇，每个簇由普通节点和簇头节点组成。普通节点完成数据的收集并将数据发往簇头，簇头节点负责簇内成员节点和数据信息的管理以及数据的簇间转发，另外簇头还可以协调簇内成员节点之间的工作。分簇路由协议的优点是簇头融合了节点发送来的数据然后再转发，可以大大减少网络中的通信量，成员节点功能比较简单，无须维护路由信息。同时与平面路由相比，更容易克服传感器节点移动带来的问题。
分簇路由协议按照数据传输方式的不同可以分为单跳分簇路由协议和多跳分簇路由协议。单跳分簇路由协议的典型特点是：网络中的簇头在收集到各个成员节点发送来的数据后，会将数据融合后直接发送给基站。而在使用多跳分簇路由协议的网络中，簇头节点会将成员节点发送来的数据进行融合后发送给上一层簇头节点，数据会经由设计好的路径传输给基站。多跳分簇路由协议的典型特点是，簇头节点不仅负责本簇内的数据传输，同时还负责下层节点簇的数据传输。
在采用了单跳分簇路由协议的网络中，网络中的节点分工明确：普通节点负责收集数据并将数据发送给所在簇的簇头节点，簇头节点负责接收簇内成员节点采集的数据，并将数据融合后直接发送给基站，同时在局部选簇时，负责选择新簇头，然后在簇内广播包含时隙信息和新簇头信息的消息报文。
LEACH-C协议是典型的单跳分簇路由协议。在使用LEACH-C协议的网络中，基站每次收集到一轮所有节点采集到的数据后，会进行重新分簇。重新分簇时，网络中的每个节点都必须要将自身的信息发送给基站，该协议直接的缺点就是频繁的分簇操作导致节点消耗不必要的能量。为此有研究人员提出LEACH-EB协议，在LEACH-EB协议中，网络周期扩展为1+k轮。在每个周期内，第一轮进行簇头选择并划分网络分簇结构，然后在接下来的k轮保持分簇结构不变，只在各个簇内进行簇头更新。通过这种方式可以有效减少网络分簇操作的次数，从而延长了网络的生命周期。但是LEACH-EB协议中的k值是固定不变的，由于在信息收集过程中节点能量分布是实时变动的，同时每个周期的分簇结构都是变化的，采用固定k值难以满足网络动态变化的需求。
发明内容
本发明针对现有LEACH-EB协议的不足，提出了一种动态k值分簇路由方法。
本发明的技术方案是：一种动态k值分簇路由方法，包括如下步骤：
步骤1，在监测区域部署基站和传感器节点，传感器节点开始工作并自组织形成无线传感器网络；
步骤2，网络中的所有节点向基站发送包括自身位置和剩余能量信息的数据包；基站收集到所有节点的数据包后，计算当前网络中存活节点的剩余能量平均值Eaverage，并选择节点剩余能量高于Eaverage的节点作为候选簇头，生成候选簇头集合；
步骤3，基站求解最佳分簇方式，同时计算网络有效k值NK，并将这些分簇信息广播；
步骤4，网络中的节点接收到基站广播的分簇信息包后，查找自身所在簇的簇头ID；如果自身ID与所在簇的簇头ID相同，则节点自身当选为簇头，同时节点根据簇头ID遍历分簇信息包，收集簇内所有成员节点的ID信息；如果节点收到分簇信息包后发现自身为普通节点，那么节点进入等待状态，直到收到所在簇的簇头广播消息报文，其中包含簇内各节点的分配时隙，簇内节点从消息报文中获取自身发送数据的时隙；
步骤5，进入数据传输的稳定阶段，簇内节点在指定时隙发送自身收集的数据信息给所在簇的簇头，簇头收到所有成员节点发来的数据信息后，将数据进行融合并转发送给基站，稳定阶段结束后转步骤6；
步骤6，网络已完成一个周期的第1轮，随后进入局部选簇流程，即在接下来的NK轮保持分簇结构不变，只在每个簇内进行簇头更新。局部选簇结束后转步骤7；
步骤7，判断网络中节点是否全部死亡，是则结束当前流程，否则转步骤2。
作为优选，所述的步骤3中，基站遍历候选簇头集合，基于所有簇内成员节点到簇头距离平方和最小的原则，采用模拟退火算法求解出最佳的分簇方式。
作为优选，所述的步骤3中，根据网络分簇情况和节点能量分布计算出一个网络有效k值NK，所述的网络有效k值NK的计算方法如下：
假设第1轮选簇完成后网络中有m个簇，簇的编号分别为C1、C2、…、Cm，每个簇中的节点个数分别为N1、N2、...、Nm，簇头节点编号分别为CH1、CH2、...、 CHm，对于第i个簇，簇中Ni个节点的编号分别为Ci1、Ci2、…、为了计算网络有效k值NK，本方法引入“平行簇头”、“簇内有效k值”和“网络有效k 值NK”的概念。
本方法依据公式(1)计算节点担任簇头的能力；
其中Cij表示第i个簇中编号为j的节点，T(Cij)表示节点Cij的能力权值，E(Cij) 表示节点Cij的剩余能量，表示节点Cij到基站的距离，表示节点 Cij到簇内其他节点距离的平方和，平衡因子p用来调节节点到基站距离与节点在簇中位置对节点担任簇头的影响，p的值介于0到1之间，同时有：
其中表示第i个簇中编号为j的节点到编号为h的节点的距离。
定义1.平行簇头：如果节点Cij的能力权值大于或等于所在簇的簇头CHi的能力权值T(CHi)，则该节点为簇的平行簇头，即有T(Cij)≥T(CHi)。
定义2.簇内有效k值：网络中单个簇可以进行局部簇头更新的次数称为该簇的簇内有效k值k(Ci)，如果簇Ci的平行簇头个数为z，那么有k(Ci)＝z。
依据定义1找出网络中每个簇的平行簇头，现假设簇Ci的平行簇头个数为z，那么簇Ci可以进行局部簇头更新的次数为z，本方法将一个簇可以进行局部簇头更新的次数作为该簇的簇内有效k值。
当簇头是簇中能力权值最大的节点时，z的值为0；本方法在计算簇内有效 k值时设置了一个下限值x，改进的簇内有效k值计算方法如下：
k(Ci)＝max{x,z}(2≤x≤5) (3)
其中下限值x取2到5之间的随机整数。
定义3.网络有效k值：网络中一个周期内所有簇进行簇头更新的次数，记为NK。
通过公式(3)求出网络中每个簇的簇内有效k值，本方法将簇内所有节点到基站距离的平均值作为簇到基站的距离，将簇到基站的距离与网络中簇到基站距离最大值的比值平方，作为簇内有效k值相对于网络有效k值NK的权重因子。簇到基站距离的计算方法如公式(4)所示：
其中Ni表示簇i的节点个数，表示节点Cij到基站的距离。
簇Ci权重因子的计算方法如公式(5)所示；
其中D(Ci)表示簇Ci到基站的距离，Dmax表示网络中簇到基站距离的最大值。
结合公式(3)、(4)和(5)，推导出网络有效k值NK的计算公式如下：
其中WF(Ci)表示簇Ci的权重因子，k(Ci)表示簇Ci的簇内有效k值。
作为优选，所述的p取值范围为0.7到0.9。
作为优选，所述的p取值为0.8。
作为优选，步骤6中，所述的局部选簇过程，包括如下步骤：
步骤6.1，原簇头遍历簇内成员列表，依据公式(1)和(2)计算成员节点的能力权值，选择能力权值最大的节点作为新簇头，转步骤6.2；
步骤6.2，原簇头广播新簇头信息和时隙信息，簇内成员更新相应的信息，然后进入数据传输稳定阶段，转步骤6.3；
步骤6.3，判断是否完成了NK轮的局部簇头更新操作，是则转步骤7，否则转步骤6.1。
本发明的技术效果是：一种动态k值分簇路由方法，在每个周期的第1轮划分网络的分簇结构，然后结合当前网络分簇情况和能量分布计算出一个网络有效 k值NK，并在接下来的NK轮内保持分簇结构不变，只在簇内进行簇头的更新。网络有效 k值在每个周期开始时都会重新计算，因此网络周期的轮数是动态变化的；通过动态设置网络分簇周期，可以有效降低不良分簇结构对网络性能的影响，提高网络节点的能量利用率，有效均衡簇内节点的负载。
附图说明
图1为动态k值分簇路由方法流程图。
具体实施方式
现有的LEACH-EB协议通过将网络运行周期扩展成1+k轮减少了基站收集信息的次数，在一定程度上延长了网络的生命周期，然而固定不变的k值难以满足网络动态变化的需求。本发明据此提供了一种动态k值分簇路由方法。在每个周期的第1轮采用LEACH-C协议划分网络分簇结构，并依据本发明提出的动态k值计算方法得出一个网络有效k值NK，然后在接下来的NK轮内保持分簇结构不变，只在簇内进行簇头的更新。其中，LEACH-C协议是基于节点位置和剩余能量进行簇头选择的，这种方式使得网络分簇结构更加合理。同时，本发明提出的动态k 值计算方法是基于网络分簇结构和能量分布的，这使得网络运行周期可以随着网络运行情况进行动态的调整。以下结合实施例详细说明本发明的技术方案。
本发明研究的无线传感器网络分布在一个M×M的正方形区域内，由N个随机分布的传感器节点自组织而成，其应用场景为周期性的数据采集，具体描述如下：
(1)基站位于观测区域外侧，所有节点和基站在部署后均不再发生位置移动；
(2)所有节点同构且初始能量相等，具备数据融合功能；
(3)每个节点都有唯一的身份标识(ID)；
(4)所有节点都能够一跳到达基站；
(5)根据接收者的距离远近，节点可以自由调整发送功率以节省能耗；
(6)链路是对称的。若已知对方发送功率，则节点根据接收信号强度可以计算出发送者与自身的距离。
在本发明研究的网络中，存在两种类型的元素：节点和基站。所有节点都具有两种模式：普通节点模式和簇头节点模式。节点处于普通节点模式时，负责感知信息以及将感知到的信息发送给所在簇的簇头。节点处于簇头节点模式时，负责接收簇内普通节点发送来的感知信息，并将信息进行融合然后发送给基站，同时节点还承担在局部选簇时选择新簇头的任务。在整个网络中，基站负责第一轮簇头的选择和网络分簇结构的划分，同时还负责接收簇头发送的感知信息。
动态k值分簇路由方法流程图如图1所示，具体步骤如下：
步骤1，在监测区域部署基站和传感器节点，传感器节点开始工作并自组织形成无线传感器网络，转步骤2；
步骤2，网络中的所有节点向基站发送包括自身位置和剩余能量信息的数据包；基站收集到所有节点的数据包后，计算当前网络中存活节点的剩余能量平均值Eaverage，并选择节点剩余能量高于Eaverage的节点作为候选簇头，生成候选簇头集合，转步骤3；
步骤3，基站求解最佳分簇方式，同时计算网络有效k值NK，并将这些分簇信息广播。转步骤4；
首先，基站遍历候选簇头集合，基于所有簇内成员节点到簇头距离平方和最小的原则，采用模拟退火算法求解出最佳的分簇方式，并根据网络分簇情况和节点能量分布计算出一个网络有效k值NK，然后将分簇信息和k值进行全网广播，其中网络有效k值NK依据公式(3)、(4)、(5)以及(6)计算。
(1)网络有效k值NK的计算
假设第1轮选簇完成后网络中有m个簇，簇的编号分别为C1、C2、…、Cm，每个簇中的节点个数分别为N1、N2、...、Nm，簇头节点编号分别为CH1、CH2、...、 CHm，对于第i个簇，簇中Ni个节点的编号分别为Ci1、Ci2、…、为了计算网络有效k值NK，本方法引入“平行簇头”、“簇内有效k值”和“网络有效k 值NK”的概念。
研究发现，节点是否可以担任簇头主要受自身剩余能量、节点在簇内的位置以及节点到基站距离三方面的影响，为此本方法设计了公式(1)来计算节点担任簇头的能力。
其中Cij表示第i个簇中编号为j的节点，T(Cij)表示节点Cij的能力权值，E(Cij) 表示节点的剩余能量，表示节点到基站的距离，表示节点到簇内其他节点距离的平方和，p为平衡因子，同时有：
其中表示第i个簇中编号为j的节点到编号为h的节点的距离。
平衡因子p主要是用来调节节点到基站距离与节点在簇中位置对节点担任簇头的影响，p的值介于0到1之间。节点担任簇头时发送数据到基站的能耗比收集簇内节点采集数据的能耗要大得多。通过多次仿真实验发现，当p取值0.7 到0.9之间时网络运行状态更优，本发明取p值为0.8。
定义1.平行簇头：如果节点Cij的能力权值大于或等于所在簇的簇头CHi的能力权值T(CHi)，则该节点为簇的平行簇头，即有T(Cij)≥T(CHi)。
定义2.簇内有效k值：网络中单个簇可以进行局部簇头更新的次数称为该簇的簇内有效k值k(Ci)，如果簇Ci的平行簇头个数为z，那么有k(Ci)＝z。
依据定义1可以找出网络中每个簇的平行簇头，现假设簇Ci的平行簇头个数为z，那么簇Ci可以进行局部簇头更新的次数为z，本方法将一个簇可以进行局部簇头更新的次数作为该簇的簇内有效k值。
当簇头是簇中能力权值最大的节点时，z的值为0；由于网络中簇头个数占节点总数的比例一般为5％左右，当一个簇的簇内有效k值为0时，将对整个网络的有效k值计算造成较大的影响；因此本方法在计算簇内有效k值时设置了一个下限值x，改进的簇内有效k值计算方法如下：
k(Ci)＝max{x,z}(2≤x≤5) (3)
其中下限值x取2到5之间的随机整数。
定义3.网络有效k值：网络中一个周期内所有簇进行簇头更新的次数，记为 NK。
通过公式(3)可以求出网络中每个簇的簇内有效k值，为了计算一个合理的网络有效k值NK，假定网络中节点的分布均匀，簇到基站的距离越远，对应簇头的负荷也越大。网络有效k值NK越大，网络周期也随之增大，离基站越远的簇在网络单个周期内消耗的能量也越多，因此离基站越远的簇对网络有效k值 NK也越敏感。本方法将簇内所有节点到基站距离的平均值作为簇到基站的距离，而簇到基站的距离与网络中簇到基站距离最大值的比值平方，作为簇内有效k值相对于网络有效k值NK的权重因子。公式(4)描述的是簇到基站距离的计算方法。
其中Ni表示簇i的节点个数，表示节点Cij到基站的距离。
簇Ci权重因子的计算方法如公式(5)所示；
其中D(Ci)表示簇Ci到基站的距离，Dmax表示网络中簇到基站距离的最大值。
结合公式(3)、(4)和(5)，可以推导出网络有效k值NK的计算公式如下：
其中WF(Ci)表示簇Ci的权重因子，k(Ci)表示簇Ci的簇内有效k值。
步骤4，网络中的节点接收到基站广播的分簇信息包后，查找自身所在簇的簇头ID；如果自身ID与所在簇的簇头ID相同，则节点自身当选为簇头，同时节点根据簇头ID遍历分簇信息包，收集簇内所有成员节点的ID信息；如果节点收到分簇信息包后发现自身为普通节点，那么节点进入等待状态，直到收到所在簇的簇头广播消息报文，其中包含簇内各节点的分配时隙，簇内节点从消息报文中获取自身发送数据的时隙，转步骤5；
步骤5，进入数据传输的稳定阶段，簇内节点在指定时隙发送自身收集的数据信息给所在簇的簇头，簇头收到所有成员节点发来的数据信息后，将数据进行融合并转发送给基站，稳定阶段结束后转步骤6；
步骤6，网络已完成一个周期的第1轮，随后进入局部选簇流程，即在接下来的NK轮将保持分簇结构不变，只在每个簇内进行簇头更新。局部选簇结束后转步骤7；
局部簇头更新策略：
局部簇头更新时，原簇头遍历簇内成员列表，依据节点的剩余能量和位置计算簇内存活节点的能力权值，选择能力权值最大的节点作为新簇头。如果原簇头当选为新簇头，则原簇头更新自身的成员节点列表，剔除已死亡的节点，然后重新为簇内存活节点分配时隙，并在簇内广播该时隙信息；反之，如果原簇头不是新簇头，则原簇头采用新簇头的时隙作为自身时隙，然后广播包含新簇头ID和簇内存活节点ID的消息报文。当簇内成员节点接收到信息后判断自身是否为新簇头，如果是则更新自身簇头信息，遍历消息报文建立簇内成员节点列表，然后进入数据传送阶段；如果节点不是簇头，则更新自身簇头信息并根据时隙报文获取自身的时隙，然后进入数据传输稳定阶段。
步骤6为局部选簇过程，可以分为以下几个小步骤：
步骤6.1，原簇头遍历簇内成员列表，依据公式(1)和(2)计算成员节点的能力权值，选择能力权值最大的节点作为新簇头，转步骤6.2；
步骤6.2，原簇头广播新簇头信息和时隙信息，簇内成员更新相应的信息，然后进入数据传输稳定阶段，转步骤6.3；
步骤6.3，判断是否完成了NK轮的局部簇头更新操作，是则转步骤7，否则转步骤6.1；
步骤7，判断网络中节点是否全部死亡，是则结束当前流程，否则转步骤2。
本发明所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权力要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种动态k值分簇路由方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在监测区域部署基站和传感器节点，传感器节点开始工作并自组织形成无线传感器网络；
步骤2，网络中的所有节点向基站发送包括自身位置和剩余能量信息的数据包；基站收集到所有节点的数据包后，计算当前网络中存活节点的剩余能量平均值Eaverage，并选择节点剩余能量高于Eaverage的节点作为候选簇头，生成候选簇头集合；
步骤3，基站求解最佳分簇方式，同时计算网络有效k值NK，并将这些分簇信息广播；
步骤4，网络中的节点接收到基站广播的分簇信息包后，查找自身所在簇的簇头ID；如果自身ID与所在簇的簇头ID相同，则节点自身当选为簇头，同时节点根据簇头ID遍历分簇信息包，收集簇内所有成员节点的ID信息；如果节点收到分簇信息包后发现自身为普通节点，那么节点进入等待状态，直到收到所在簇的簇头广播消息报文，其中包含簇内各节点的分配时隙，簇内节点从消息报文中获取自身发送数据的时隙；
步骤5，进入数据传输的稳定阶段，簇内节点在指定时隙发送自身收集的数据信息给所在簇的簇头，簇头收到所有成员节点发来的数据信息后，将数据进行融合并转发给基站，稳定阶段结束后转步骤6；
步骤6，网络已完成一个周期的第1轮，随后进入局部选簇流程，即在接下来的NK轮将保持分簇结构不变，只在每个簇内进行簇头更新；局部选簇结束后转步骤7；
步骤7，判断网络中节点是否全部死亡，是则结束当前流程，否则转步骤2；
所述的网络有效k值的计算方法如下：
假设第1轮选簇完成后网络中有m个簇，簇的编号分别为C1、C2、…、Cm，每个簇中的节点个数分别为N1、N2、...、Nm，簇头节点编号分别为CH1、CH2、...、CHm，对于第i个簇，簇中Ni个节点的编号分别为Ci1、Ci2、…、，为了计算网络有效k值，引入“平行簇头”、“簇内有效k值”和“网络有效k值”的概念；
依据公式(1)计算节点担任簇头的能力；
其中Cij表示第i个簇中编号为j的节点，T(Cij)表示节点Cij的能力权值，E(Cij)表示节点的剩余能量，表示节点到基站的距离，表示节点到簇内其他节点距离的平方和，p为平衡因子，同时有：
其中表示第i个簇中编号为j的节点到编号为h的节点的距离；平衡因子p用来调节节点到基站距离与节点在簇中位置对节点担任簇头的影响，p的值介于0到1之间；
定义1.平行簇头：如果节点Cij的能力权值大于或等于所在簇的簇头CHi的能力权值T(CHi)，则该节点为簇的平行簇头，即有T(Cij)≥T(CHi)；
定义2.簇内有效k值：网络中单个簇可以进行局部簇头更新的次数称为该簇的簇内有效k值k(Ci)，如果簇Ci的平行簇头个数为z，那么有k(Ci)＝z；
依据定义1找出网络中每个簇的平行簇头，现假设簇Ci的平行簇头个数为z，那么簇Ci可以进行局部簇头更新的次数为z，将一个簇可以进行局部簇头更新的次数作为该簇的簇内有效k值；
当簇头是簇中能力权值最大的节点时，z的值为0；在计算簇内有效k值时设置了一个下限值x，改进的簇内有效k值计算方法如下：
k(Ci)＝max{x,z}(2≤x≤5) (3)
其中下限值x取2到5之间的随机整数；
定义3.网络有效k值：网络中一个周期内所有簇进行簇头更新的次数，记为NK；
通过公式(3)求出网络中每个簇的簇内有效k值，将簇内所有节点到基站距离的平均值作为簇到基站的距离，将簇到基站的距离与网络中簇到基站距离最大值的比值平方，作为簇内有效k值相对于网络有效k值的权重因子；簇到基站距离的计算方法如公式(4)所示；
其中表示节点Cij到基站的距离；
簇Ci权重因子的计算方法如公式(5)所示；
其中D(Ci)表示簇Ci到基站的距离，Dmax表示网络中簇到基站距离的最大值；
结合公式(3)、(4)和(5)，推导出网络有效k值的计算公式如下：
其中WF(Ci)表示簇Ci的权重因子，k(Ci)表示簇Ci的簇内有效k值。
2.根据权利要求1所述的一种动态k值分簇路由方法，其特征在于：所述的步骤3中，基站遍历候选簇头集合，基于所有簇内成员节点到簇头距离平方和最小的原则，采用模拟退火算法求解出最佳的分簇方式。
3.根据权利要求1所述的一种动态k值分簇路由方法，其特征在于：所述的p取值范围为0.7到0.9。
4.根据权利要求1所述的一种动态k值分簇路由方法，其特征在于：所述的p取值为0.8。
5.根据权利要求1所述的一种动态k值分簇路由方法，其特征在于，步骤6中，所述的局部选簇流程 ，包括如下步骤：
步骤6.1，原簇头遍历簇内成员列表，依据公式(1)和(2)计算成员节点的能力权值，选择能力权值最大的节点作为新簇头，转步骤6.2；
步骤6.2，原簇头广播新簇头信息和时隙信息，簇内成员更新相应的信息，然后进入数据传输稳定阶段，转步骤6.3；
步骤6.3，判断是否完成了NK轮的局部簇头更新操作，是则转步骤7，否则转步骤6.1。
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