基于夾角優(yōu)化謠傳路由與定位技術(shù)的分簇路由算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于夾角優(yōu)化謠傳路由與定位技術(shù)的分簇路由算法，屬于無線傳 感器網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡是當前很受關(guān)注的研究熱點，它是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉 價無線傳感器節(jié)點組成通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是 協(xié)作的感知、采集和處理覆蓋網(wǎng)絡區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給用戶終端。目前，無線 傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)在很多領(lǐng)域投入了使用，例如，在環(huán)境方面可以監(jiān)測土壤情況、空氣污染 情況、農(nóng)作物的生長情況等。在醫(yī)療監(jiān)護方面可以對病人全方位的病情跟蹤而又不需要極 大的影響病人的生活。在軍事方面可以用于偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，戰(zhàn)場目標定 位等多個方面。
[0003] 然而在WSN的實際應用中，節(jié)點的生存能力往往決定了整個網(wǎng)絡的生命周期，節(jié)點 能耗越小，網(wǎng)絡生命周期越長。在靜態(tài)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中，一旦第一個數(shù)據(jù)包從匯聚節(jié)點通 過一個長的路徑到達目的節(jié)點，就造成熱點路由問題，導致網(wǎng)絡中能量消耗不均衡，縮短網(wǎng) 絡壽命。
[0004] 目前，國內(nèi)外基于謠傳路由算法的研究和改進越來越多，其中有利用了分簇算法， 減少了節(jié)點的能量消耗，改善了回路問題。有針對生成路由不是最優(yōu)路由的缺點，引入遺傳 算法，把能量消耗作為評價標準，優(yōu)化了路由，很大程度上延長網(wǎng)絡壽命。還有提出基于蟻 群算法的謠傳路由，解決了采用隨機單播可能導致的回路問題，并且使謠傳協(xié)議收斂性更 好，比原協(xié)議更節(jié)約能量等。
[0005] 謠傳路由協(xié)議是一種基于查詢的路由協(xié)議，其引入了查詢消息的單播隨機轉(zhuǎn)發(fā)機 制，首先在事件區(qū)域中的傳感器節(jié)點中產(chǎn)生代理消息，代理消息沿著隨機路徑向外擴散傳 播，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿著隨機路徑在網(wǎng)絡中傳播。當代理消息和查詢消息 的傳輸路徑交叉在一起時，就會形成一條匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的完整路徑。但是在路由建 立過程中，可能建立的路徑太長并非最優(yōu)路徑或形成路由環(huán)路問題，造成之后所有數(shù)據(jù)包 一直沿這一條路徑進行傳輸，會極大地消耗節(jié)點的能量。
[0006] 因此，本項目對WSN中非最優(yōu)路徑問題進行研究，分析各個節(jié)點之間的夾角，研究 一種通過對節(jié)點間夾角大小的判斷，不斷更新路徑，以改善網(wǎng)絡中路徑建立的問題，延長網(wǎng) 絡的生命周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了改善非最優(yōu)路徑造成的網(wǎng)絡節(jié)點能耗不均的問題，本發(fā)明的目的在于提供了 一種基于夾角優(yōu)化謠傳路由與定位技術(shù)的分簇路由算法，其通過預先判斷節(jié)點間夾角的大 小建立最優(yōu)路徑，降低節(jié)點的能耗，進一步延長整個網(wǎng)絡生命周期，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:基于夾角優(yōu)化謠傳路由與定位技術(shù)的分簇路由 算法，包括匯聚節(jié)點1，無線傳感器節(jié)點組2;其特征在于:匯聚節(jié)點1在平面直角坐標系x軸 和y軸上的位置為（100,100);無線傳感器節(jié)點組2包括200個無線傳感器節(jié)點（后簡稱"節(jié) 點"），分別用JVbofeCO表示，i = l，2，"_，200;:綠麵〇隨機分布在100m*100m的網(wǎng)絡區(qū)域中， i.r.p表示癡義在平面直角坐標系上的x軸和y軸坐標;無線傳感器節(jié)點組2中有N個節(jié)點 分布在33m*33m的事件區(qū)域中，事件區(qū)域在平面直角坐標系上對應的x軸和y軸范圍分別為0 ~33和0~33;無線傳感器節(jié)點組2中的200個節(jié)點和匯聚節(jié)點1的通信半徑均為40m;其具體 步驟如下： 1、對于無線傳感器節(jié)點雜喊切:，它的初始能量用H丨)表示，當前能量用氧_#):表示， 功率放大器的能耗用％表示，自由空間消耗的能量用表示，發(fā)射電路消耗的能量 用 U)')表示，。
[0009] 2、匯聚節(jié)點1將自己在平面直角坐標系下的x軸和y軸坐標發(fā)送給無線傳感器節(jié)點 組2中的200個節(jié)點，無線傳感器節(jié)點組2中200個節(jié)點記錄匯聚節(jié)點1在平面直角坐標系下 的x軸和y軸坐標。
[0010] 3、對于事件區(qū)域中的N個節(jié)點，用的表示，邊痛La，，(獨k獨)表示節(jié)點 在_?!^平面直角坐標系上的x軸坐標和y軸坐標。根據(jù)公式
計算⑷到匯聚節(jié)點1的距離，用表示，e=l，2，…^將按照數(shù)值從小到 大排序并形成#所對應的節(jié)點集隊列藤#，養(yǎng)_?_為藤中的第1個元素，用色 表示遊^與^按照數(shù)值從小到大排序后的隊列，細蹲中的第1個元 素1 = 1，2，…，N。將中的第一個節(jié)點作為目的節(jié)點，參作為該 節(jié)點到匯聚節(jié)點的距離，并記該點為D，用表示目的節(jié)點D在平面直角坐標系下的x 軸坐標和y軸坐標。
[0011] 4、將匯聚節(jié)點1作為其到目的節(jié)點D的查詢路徑R的起點，記為節(jié)點R(l)，并且將從 匯聚節(jié)點1開始的查詢稱為正向查詢，從目的節(jié)點D開始的查詢稱為反向查詢。無線傳感器 網(wǎng)絡中將非事件區(qū)域中200-N個節(jié)點隨機排列，構(gòu)成非事件區(qū)域節(jié)點組，非事件區(qū)域節(jié)點組 中的節(jié)點用_&1福表示，z=l，2，…，200-N，表示非事件區(qū)域節(jié)點組 在平面直角坐標系上的x軸和y軸坐標。
[0012] 5、根據(jù)公式
計算展?&|4到匯聚節(jié)點1的距離沒l(_，Z=l，2,…，200-N，設(shè)滿足發(fā)< 40m的非事 件區(qū)域節(jié)點組中的節(jié)點有M個，用::涵藥涵翁表示，h = l，2,…，M，:(%,現(xiàn)輪:)表示 在平面直角坐標系上的X軸和y軸坐標，并用? 網(wǎng)表示_ :施麟S涵繼中各 個節(jié)點到匯聚節(jié)點1的距離，其中，h=l，2，…，M。
[0013] 6、根據(jù)公式

計算0_1?1:(縫，沒_沒1_)表示非事件區(qū)域節(jié)點到目的節(jié)點的距離，h=l，2,…，M。
[0014] 7、根據(jù)公式
計算_%迕,|，]1 = 1，2，."，]/[。如果€：娜從(1__是._:_參微中最大數(shù)值，那么祕智祕併1(邱 作為查詢路徑R正向查詢得到的第一個節(jié)點，并用R(2)表示，在平面直角坐標系上的x軸和y 軸坐標為I啤，及_，f=2。其中，爆滅t丑運_為:釋__顧中的第1個元素， 為非事件區(qū)域節(jié)點到匯聚節(jié)點的距離，錢^窺箱為)表示非事件區(qū)域節(jié)點到目的節(jié)點的距離， 為_萬_為￡V欲貧(《?)到匯聚節(jié)點1的距離，h=l，2，…，M。
[0015] 8、根據(jù)公式
計算:魏通_到以2)的距離S2(z)，z=l，2，…，200-N，設(shè)滿足說壤|): < 40m的非事件區(qū) 域節(jié)點組中的節(jié)點有L(f)個，用i%igM〇r2(J_)表示，j =1，2,…，L(f)，(篇％表示 涵;在平面直角坐標系上的X軸和y軸坐標，并用:!>_ 表示海賴_汾霉CI 中各個節(jié)點到R(2)的距離，其中D_rj〇)+(碼-srff，j=i，2,…，L(f)。
[0016] 9、根據(jù)公式
計算汾到目的節(jié)點的距離，用敘__致2〇)表示，j =1，2，…，L(f)。
[0017] 10、根據(jù)公式
計算R(3)到目的節(jié)點的距離，用?_s'2表示。
[0018] 11、根據(jù)公式
計算:? :2汽#，j = l，2,…，L(f)。如果:論:政是e姨&襄f中最大數(shù)值，那么 篇作為查詢路徑R正向查詢得到的第二個節(jié)點，并用R(3)表示，f=f+l，在平面 直角坐標系上的x軸和y軸坐標為:邏_:|。
[0019] 12、根據(jù)公式 計算你__)到事件區(qū)域節(jié)點D的距離
，z=l，2，…，200-N，設(shè)滿足1謂|_ <4〇m的 非事件區(qū)域節(jié)點組中的節(jié)點有Q個，用:綠 0^+_機#表示，q=l，2，…，Q，(叫.％)表示辦蘇?+_!%》. 在平面直角坐標系上的X軸和y軸坐標，并將A j七戈％心)；表 示中各個節(jié)點到事件區(qū)域節(jié)點D的距離。
[0020] 13、根據(jù)公式
計算條_細?-規(guī)(f)到匯聚節(jié)點的距離，用麵1(_表示，q=l，2，…，Q。
[0021] 14、根據(jù)公式
計算:_§滋_^4=1，2，-_，〇。如果_§獲__是:6福這0中最大數(shù)值，那么 ?馨邊作為查詢路徑R的反方向的第一個節(jié)點用RD(1)表示，在平面直角坐標 系上的x軸和y軸坐標為(i_4ai￡Dg:)，w=l。
[0022] 15、根據(jù)公式
計算:到RD(1)的距離M2:_，z=l，2，，"，200-N，設(shè)滿足SS2⑷< 40m的非事件區(qū) 域節(jié)點組中的節(jié)點有V (w)個，用辦細斑(勢表示，v=1，2，…，V (w)，::(，撤表示 -餐〇?? 在平面直角坐標系上的x軸和y軸坐標，并用表示族變妙 中各個節(jié)點到RD(1)的距離，其中
，v= 1，2,…，V(w)〇
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