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一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻分簇路由方法

文檔序號:7808475閱讀:179來源:國知局
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻分簇路由方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻分簇路由方法。本發(fā)明包括:在一個具有N個隨機部署傳感器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,匯聚節(jié)點計算出全網(wǎng)分層總數(shù);匯聚節(jié)點向全網(wǎng)廣播分層總數(shù)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一參數(shù);計算節(jié)點所在的層數(shù);網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點計算出節(jié)點本身的初始化概率,競選候選簇首;確定候選簇首的最大競爭半徑為無線通信模塊的距離閾值;經(jīng)過多次迭代競選出最終的簇首;普通結(jié)點選擇簇內(nèi)通信代價最?。辉诿總€數(shù)據(jù)收集周期進(jìn)行簇的重構(gòu),均衡節(jié)點的消耗。本發(fā)明可以防止剩余能量過低的節(jié)點競選成為需要消耗較多能量的簇首,防止簇首過早死亡。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻分簇路由方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻 分簇路由方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡稱WSN)是由部署在特定的監(jiān)測區(qū) 域內(nèi)大量廉價、微型的、具有通信能力和計算能力的感器節(jié)點構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng),它具有快速展開、高健壯性和抗毀性等特點,能夠廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境檢測和預(yù)報、智 能家居等諸多領(lǐng)域,已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。
[0003] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同于ad hoc、無線局域網(wǎng)等不以能量消耗為重點的傳統(tǒng)無線網(wǎng) 絡(luò),無線傳感器節(jié)點所攜帶的能量十分有限,且它們的部署區(qū)域通常很復(fù)雜,甚至有些區(qū)域 人員不能到達(dá),即不能為之補充能量,因此,如何高效的利用能量,盡可能的延長網(wǎng)絡(luò)壽命 是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心問題之一。為了更好得解決此問題,提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 路由技術(shù),令網(wǎng)絡(luò)有著良好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對于自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說至關(guān)重要。目 前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法存在著多種分類。其中,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為平面路由和 分層結(jié)構(gòu)路由兩類。
[0004] 平面路由中,所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的地位是平等的,不存在層次差異,節(jié)點間相互協(xié)作共 同完成感知和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。平面路由雖然簡單,不易產(chǎn)生瓶頸效應(yīng),有較好的健壯性,但 由于網(wǎng)絡(luò)中無管理節(jié)點,缺乏對通信資源的優(yōu)化管理,對網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的反應(yīng)速度較慢。
[0005] 在分層路由中,網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇。每個簇由一個簇首和多個簇內(nèi)成員組成,由最高 層的簇首與匯聚點進(jìn)行通信。分層路由算法便于管理和擴展,有利于分布式算法的應(yīng)用,可 以對系統(tǒng)變化做出快速反應(yīng),并能節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芎?。因此分層路由算法是WSN路由的 研究熱點和趨勢。
[0006] 目前,大多數(shù)分層路由算法都是基于LEACH算法思想演變而來的均勻分簇算法, LEACH算法的主要思想如下:
[0007] 節(jié)點產(chǎn)生一個0?1之間的隨機數(shù),如果這個數(shù)小于閾值Τ (η),則發(fā)布自己是簇頭 的公告消息。在每輪循環(huán)中,如果節(jié)點已經(jīng)當(dāng)選過簇頭,則把Τ(η)設(shè)置為0,這樣該節(jié)點不 會再次當(dāng)選為簇頭。對于未當(dāng)選過簇頭的節(jié)點,則將以Τ(η)的概率當(dāng)選;隨著當(dāng)選過簇頭 的節(jié)點數(shù)目增加,剩余節(jié)點當(dāng)選簇頭的閾值Τ (η)隨之增大,節(jié)點產(chǎn)生小于Τ (η)的隨機數(shù)的 概率隨之增大,所以節(jié)點當(dāng)選簇頭的概率增大。當(dāng)只剩下一個節(jié)點未當(dāng)選時,Τ(η) =1,表 示這個節(jié)點一定當(dāng)選。Τ (η)可表示為
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)非均勻分簇路由方法,其特征在于: (1) 在一個具有N個隨機部署傳感器節(jié)點(Sp S2,...,SN)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,匯聚節(jié) 點計算出全網(wǎng)分層總數(shù), totalLayers = ceil (sqrt (Xm2+Ym2) / (^ΧΟ^), xm和Ym是監(jiān)測區(qū)域的長度和寬度,Ci是層環(huán)半徑比例系數(shù),d。是通信模型中的通信模 塊的距離閾值; (2) 匯聚節(jié)點向全網(wǎng)廣播分層總數(shù)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一參數(shù); (3) 任意節(jié)點31接到網(wǎng)絡(luò)分層信息后進(jìn)行保存,根據(jù)自身到匯聚節(jié)點的距離信息,計算 節(jié)點Si所在的層數(shù),
Sy disToBS表示Si節(jié)點到匯聚節(jié)點的距離; (4) 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點計算出節(jié)點本身的初始化概率CHpMb,競選候選簇首, CHprob max (Cpr〇b+Eresident/Emax,P min) ' Cprob和Pmin為全網(wǎng)統(tǒng)一的參數(shù),EMsidmt/Emax代表節(jié)點剩余能量與初始化能量的百分比; (5) 確定候選簇首的最大競爭半徑為無線通信模塊的距離閾值d。,節(jié)點Si的競爭半徑 Si. R。為;
C2為網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一參量; (6) 每個候選簇首維護(hù)一個鄰居候選簇首集合Si. TempCH (ID),在這個集合內(nèi)依據(jù)節(jié)點 所在層數(shù)和當(dāng)前的剩余能量,經(jīng)過多次迭代競選出最終的簇首; (7) 簇首選舉結(jié)束后,當(dāng)選的簇首向外廣播獲勝的消息,普通結(jié)點選擇簇內(nèi)通信代價最 小,即接收信號強度最大的簇首加入; (8) 在每個數(shù)據(jù)收集周期進(jìn)行簇的重構(gòu),均衡節(jié)點的消耗。
【文檔編號】H04L12/715GK104065574SQ201410323859
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】蔡紹濱, 潘實, 王文峰, 姚念民 申請人:哈爾濱工程大學(xué)
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