專利名稱：基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網絡路由協(xié)議，尤其涉及一種基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法，屬于無線傳感器網絡技術領域。
背景技術：
隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術、無線通信技術和數(shù)字電子技術的高速發(fā)展，無線傳感器網絡在世界范圍內引起了廣泛關注。無線傳感器網絡是由一組傳感器以自組織方式構成的無線網絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。無線傳感器網絡可廣泛應用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、城市交通等領域。隨著無線傳感器網絡的深入研究和廣泛應用，無線傳感器網絡將逐步深入到人類生活的各個領域。無線傳感器網絡通常是一種無基礎設施的自組織網絡，傳感器節(jié)點使用電池供電，而且部署區(qū)域往往無人值守，容易因能量耗盡而失效，最終導致整個網絡癱瘓。同時，區(qū)別于其他無線網絡，如移動ad hoc網絡和蜂窩網，它們沒有能量方面約束，只專注于QoS(服務質量)研究，而無線傳感器網絡的特點決定了整個網絡被能量所限制。因此，一種適用于無線傳感器網絡的路由方法可以很大程度上改善無線傳感器網絡的性能和壽命?；诜执氐穆酚蓞f(xié)議是目前研究人員比較關注的一類無線傳感器網絡路由協(xié)議。典型的分簇路由協(xié)議有LEACH、HEED、EEUC等。其中HEED協(xié)議是在LEACH協(xié)議的簇頭分布不均這一問題基礎上而作出的改進。它以最小平均可達功率AMRP作為衡量簇內通信成本的標準。節(jié)點以不同的成為簇頭的概率發(fā)送競爭消息。簇頭競選成功后，其他節(jié)點根據(jù)在競爭階段收集到的信息選擇加入的簇。HEED協(xié)議能產生分布均勻的簇頭，全網能耗更加均衡。 申請?zhí)枮镃N 201110131502.4的中國專利文獻公開了一種高能效的無線傳感器網絡非均勻分簇路由方法，其特點是通過將模糊邏輯系統(tǒng)用于最優(yōu)簇首的選擇及簇大小的估計，最終組建大小不一的簇，但是該方法處理復雜，且輸入模糊變量對簇大小影響程度未體現(xiàn)，不能選擇最佳簇半徑。申請?zhí)枮镃N 200810070376.4的中國專利文獻公開了一種基于能量均衡的集群無線傳感器網絡非均勻分簇方法，其特點是將無線傳感器網絡劃分為非均勻的環(huán)帶，建立簇頭能耗求解方程，優(yōu)化環(huán)半徑向量，從而確定簇的大小，但是該方法僅適用于匯聚節(jié)點處于無線傳感器網絡中心區(qū)域的情況，并且該方法計算復雜。申請?zhí)枮镃N201210166856.7的中國專利文獻公開了一種WSN分布式非均勻分簇方法，其特點是在平衡全網能量的基礎上選擇出候選簇首，并通過自適應校正競爭半徑進行非均勻分簇，最后節(jié)點根據(jù)基于能量和距離的能耗函數(shù)選擇最佳簇加入，但是該方法通過選擇一隨機數(shù)選擇候選簇頭，容易造成候選簇頭過多或過少，最后導致簇頭節(jié)點選擇過多或過少，影響整個網絡能耗。申請?zhí)枮镃N 200810035214.7的中國專利文獻公開了一種基于不均勻分簇無線傳感器網絡拓撲控制方法，在拓撲生成階段中，成簇過程中引入了一種非均勻最小均方減法聚類分簇機制來降低簇內節(jié)點的能耗，其簇半徑的選擇僅考慮距離，沒有考慮簇頭節(jié)點的能量，易導致能耗不均衡。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法，克服現(xiàn)有技術的不足，能有效平衡整個系統(tǒng)的能耗，延長網絡存活時間，以使無線傳感器網絡得到廣泛有效應用。本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn):一種基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法，無線傳感器網絡包括若干各自獨立的簇和匯聚節(jié)點；所述簇包括一個簇頭節(jié)點和若干個普通節(jié)點，其特征在于，該方法包含下列步驟:I)初始化階段步驟SlOl:設置網絡場景，在網絡環(huán)境內，隨機部署N個具有相同初始能量、ID編號從O N-1的普通節(jié)點；匯聚節(jié)點部署在網絡四周的某一處，各普通節(jié)點可直接和匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點能量無限大且可以處理數(shù)據(jù)；步驟S102:網絡初始化，匯聚節(jié)點廣播一個hello消息給網絡中的所有普通節(jié)點，每個普通節(jié)點在接收到hello消息后根據(jù)接收信號強度指示估算出其與匯聚節(jié)點的距離d(i, BS);同時每個普通節(jié)點廣播消息一次，某個普通節(jié)點廣播范圍內的其他普通節(jié)點為其鄰節(jié)點，計算各普通節(jié)點到其鄰節(jié)點的最小平均可達功率AMRP ;最小平均可達功率AMRP用該普通節(jié)點收到的鄰節(jié)點的平均信號強度來表示:
權利要求
1.一種基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法，無線傳感器網絡包括若干各自獨立的簇和匯聚節(jié)點；所述簇包括一個簇頭節(jié)點和若干個普通節(jié)點，其特征在于，該方法包含下列步驟: 1)初始化階段 步驟SlOl:設置網絡場景，在網絡環(huán)境內，隨機部署N個具有相同初始能量、ID編號從O N-1的普通節(jié)點；匯聚節(jié)點部署在網絡四周的某一處，各普通節(jié)點可直接和匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點能量無限大且可以處理數(shù)據(jù)； 步驟S102:網絡初始化，匯聚節(jié)點廣播一個hello消息給網絡中的所有普通節(jié)點，每個普通節(jié)點在接收到hello消息后根據(jù)接收信號強度指示估算出其與匯聚節(jié)點的距離d(i, BS);同時每個普通節(jié)點廣播消息一次，某個普通節(jié)點廣播范圍內的其他普通節(jié)點為其鄰節(jié)點，計算各普通節(jié)點到其鄰節(jié)點的最小平均可達功率AMRP ;最小平均可達功率AMRP用該普通節(jié)點收到的鄰節(jié)點的平均信號強度來表示:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非均勻分簇的無線傳感器網絡能耗均衡路由方法，無線傳感器網絡包括若干各自獨立的簇和匯聚節(jié)點；所述簇包括一個簇頭節(jié)點和若干個普通節(jié)點，本發(fā)明簇頭分簇半徑Ri隨著簇頭距離匯聚節(jié)點的距離d和節(jié)點成為簇頭的概率CHprob呈遞增關系。對于孤立節(jié)點加入其通信半徑內距離最近的節(jié)點所屬簇內，若其通信半徑內無節(jié)點，則孤立節(jié)點單獨成簇。在數(shù)據(jù)傳輸階段，采用簇內單跳和簇間多跳數(shù)據(jù)傳輸方式，每個簇頭節(jié)點需要從相鄰簇的簇頭節(jié)點中選擇一個簇頭節(jié)點作為其中繼節(jié)點，轉發(fā)數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點。本發(fā)明實現(xiàn)了簇間和簇內能耗的均衡，使得網絡的生命周期延長。
文檔編號H04W28/08GK103249108SQ20131013965
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權日2013年4月19日
發(fā)明者解志斌, 于謙, 仲偉波, 沈斌 申請人:江蘇科技大學