[發明專利]無線傳感器網絡分簇路由方法

有效

• 申請號: 201110135179.8
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102209033A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 陳炳才;郭松峰;程利新
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明主要涉及無線傳感器網絡，具體涉及無線傳感器網絡中的路由方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks，WSN)是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳自組織網絡。這些傳感器在微小體積內通常集成了信息采集，數據處理和無線通信等多種功能。構建無線傳感器網絡的目的是感知、采集和處理網絡覆蓋區域里被監測對象的信息，并發送給觀察者。無線傳感器網絡的核心技術在于網絡的拓撲控制和網絡中節點定位及時間同步。無線傳感器網絡中的拓撲控制主要研究的問題是：在保證網絡覆蓋和連通性的前提下，設置或調整節點的發射功率，并按照一定原則選擇合適的節點成為骨干節點參與網絡中數據的處理和傳輸，達到優化網絡拓撲結構的目的。具體來說，無線傳感器網絡中拓撲控制可以分為兩個研究方向：功率控制和層次拓撲結構控制。功率控制機制調整網絡中每個節點的發射功率，保證網絡連通，均衡節點的直接鄰居數目(單跳可達鄰居數目)的同時，降低節點之間的通信干擾。層次拓撲控制是利用分簇的思想，依據一定的原則適用網絡中的部分節點處于激活狀態，成為簇頭節點，有這些簇頭節點構建一個連通的網絡來處理和傳輸網絡中的數據；其他節點則處于非激活狀態，關閉其通信模塊以降低能量消耗，并且定期或不定期的重新選擇簇頭節點以均衡網絡中節點的能量消耗。

傳統的層次拓撲結構控制算法若不對簇的規模進行控制時，如經典的LEACH算法，則對節點的傳輸距離要求較高，而且每一輪的簇頭選取波動較大，存在簇頭選取不當的情況對耗能過分開銷。若對簇的規模進行控制，如GAF算法，TTDD算法等，由于可以降低節點的物理構造使其更容易實現，但由于沒有對節點到中心節點的數據信息轉發提出很好的辦法(通常是利用泛洪或類似泛洪的方式)，無目的性的轉發導致了大的能耗，所以直接影響到了無線傳感器網絡的壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠降低無線傳感器網絡總能耗的無線傳感器網絡分簇路由方法。

本發明的目的是這樣實現的：

無線傳感器網絡節點中的每個中心節點都向外發送一個本身坐標的廣播，普通節點選取離自己最近的中心節點作為數據信息發送的目標中心節點，求出每個普通節點與其目標中心節點的相對坐標，并根據普通節點的傳輸半徑來確定所要劃分網格的大小；再利用線性規劃的理論對每個節點進行簇歸屬的判斷，再利用正六邊形的解析式計算出每個簇的中心位置進而求出每個簇的路徑權值N；當簇的成員被完全確定后，在每個簇中以周期t為間隔輪流的進行簇頭選取，第一個周期選取的簇頭將對其鄰居簇的簇頭發送自身的路徑權值N，并將小于其路徑權值的鄰居節點加入自己的路由表，作為下一跳的目的地；在無線傳感器網絡覆蓋的區域中，一旦有激勵事件發生，事件所在簇的簇頭節點將對事件進行處理并按照路由表逐跳發送。

本發明提出了一種新的路由協議：固定蜂窩定向跳轉協議(FCRP)。其核心內容是通過在初始化過程中，對整個網絡進行固定的蜂窩劃分，每個蜂窩區域在整個無線傳感器網絡的生命期中都固定為一個簇。根據簇與中心節點的距離來計算簇的權值N，通過對權值N的比較得到節點到中心節點的路徑，并以t為周期在簇中輪流選取簇頭節點，達到降低網絡系統能耗、平均節點開銷的目的。

本發明的方法綜合考慮了以往算法的缺陷，在利用固定網格將簇規模化后，通過計算每個簇的路徑權值以達到確定數據信息發送路徑的目的，從而避免了泛洪方法或類泛洪方法對整個傳感器網絡的消耗。本發明的主要特點包括以下幾個方面：

1.1使用六邊形對整個網絡進行劃分，這種六邊形的簇結構可以達到使用最少的分簇即將整個網絡完全覆蓋。

1.2利用節點與目標中心節點的位置關系來決定節點屬于哪個簇。先確定簇的范圍及簇的成員，再選取簇頭節點。

1.3由每個固定的分簇與目標中心節點的距離求出每個固定分簇的路徑權值，利用變化的路徑權值確定數據轉發路徑。

1.4相鄰的簇以不同時間更新簇頭節點，保證了數據的發送的連續性和準確性。

1.5利用六邊形簇發送數據時經歷的路徑要小于等于矩形簇的情況，從而減少了數據延遲。

附圖說明

圖1為區域被不同k值劃分下的示意圖；

圖2為蜂窩簇的劃分及其權值示意圖；

圖3為利用菱形與矩形確定正六邊形的原理圖；

圖4為簇中心節點的曲線示意圖；

圖5為初始化程序流程圖；

圖6為運行階段流程圖。

具體實施方式

下面舉例對本發明做更詳細的描述：