[發明專利]利用最小均方誤差算法均衡無線柵格傳感器網絡中各個節點負載的方法

無效

• 申請號: 201210003797.1
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102427590A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 吳少川;白旭;高玉龍;張佳巖;張文彬;管修摯;王思
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/00;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡路由技術，具體涉及一種利用最小均方誤差算法均衡無線柵格傳感器網絡中各個節點負載的方法。

背景技術

無線傳感器網絡中的節點通常都采用電池供電，并且處理能力十分有限。因此無線傳感器網絡通常都采用多跳中繼通信方式，通過分布式協作達到節約功耗和增加處理能力的目的。由于在實際應用中，無線傳感器監測的數據通常需要和其所在的地理位置信息關聯，從而為中心節點形成網絡態勢的決策提供依據。但是由于體積、能耗和處理能力的限制，利用GPS等定位技術或者分布式位置估算算法代價過于高昂，所以無線傳感器節點通常無法直接獲取其位置信息。此時，在實際應用中，基于柵格方式布置的無線傳感器網絡因為能在網絡布設階段為節點提供位置信息，從而得到了普遍關注。

在柵格無線傳感器網絡中，在每個柵格的交叉點或柵格內部，在同一時刻只有一個中繼節點被激活。這些中繼節點可以是特殊的節點，也可以由普通傳感器節點來擔當。網絡中所有分組的中繼轉發工作將完全由這些中繼節點來承擔。為了降低這些中繼節點的能量消耗，通常會采用激活——休眠策略，來更換柵格中節點的角色，從而讓這些中繼節點可以進入休眠狀態以節約能量，而其中繼任務由其它節點來擔當。由于采用了柵格拓撲結構，所以可以為每個柵格指配唯一的ID號，所有分組的路由將完全按照ID尋址的方式向中心節點匯聚。這樣，網絡中的每個節點不需要知道它嚴格的地理位置信息，只需要知道它所在柵格的ID號和中心節點所在柵格ID號，就可以利用源路由的方式實現中繼多跳通信。

但是傳統的無線柵格傳感器網絡從源節點到中心節點間的路由通常采用單播路由方式，此時被選定路由上的節點需要大量的承擔分組中繼工作，因此能量消耗較快，并有可能由于這些節點信道容量或處理能力的限制而形成通信瓶頸。即使采用激活——休眠策略，被選定路由上中繼節點所處柵格中的節點仍舊能量消耗過快，從而降低了網絡的生存期。為了解決這一問題，國內外提出了多路由或全路由技術，通過輪換使用多條路徑的方法來降低節點間能量消耗的差異性。但是由于柵格網絡中邊緣節點出現在路由中的概率低而網絡內部節點出現在路由中的概率高，因此這種方法雖然緩解了節點間能量消耗的差異，卻不能實現節點間最優能量均衡性。

發明內容

為了解決因被選定路由上的節點需要大量的承擔分組中繼工作，導致能量不均衡，形成通信瓶頸的問題。本發明利用最小均方誤差法提出了一種新型的路由技術，利用最小均方誤差算法均衡無線柵格傳感器網絡中各個節點負載的方法。

利用最小均方誤差算法均衡無線柵格傳感器網絡中各個節點負載的方法，它包括下述步驟：

步驟一、令從源節點到中心節點的矩形區間內在水平方向有m個柵格，在垂直方向有n個柵格；

步驟二、判斷m+n是否大于5，判斷是執行步驟三，判斷否執行步驟四；

步驟三、根據經緯度備選路徑選擇算法，選定(m+1)*(n+1)-2個路徑；

步驟四、根據步驟二或步驟三選定路徑的索引值P(j)，通過該索引值，利用矩陣構造算法，得到一個轉移矩陣T；

步驟五、根據步驟四得到的轉移矩陣T，可得到另一個矩陣U，通過矩陣U，利用最小均方誤差系數矩陣A構造算法可得到計算最小均方誤差所需要的系數矩陣A；

步驟六、利用最小均方誤差算法即可求得所需的路徑選中比率，照該比率依次選擇路徑進行通信，即可實現無線柵格傳感器網絡的負載均衡。

本發明通過構造一個由節點和路徑所組成的矩陣，然后利用最小二乘法求解各路徑被選定的比率，從而實現節點間的負載和能耗均衡的目的。從根本上解決了負載不均衡導致無線柵格傳感器網絡節點能量消耗的差異性，實現了最優業務分配和能量均衡。

附圖說明