[發明專利]基于局部網絡介數的WSN能量均衡路由建立的方法

無效

• 申請號: 201210275270.4
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102781063A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 李曉卉;方康玲;陳和平;黃中海
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡(Wireless?SensorNetwork,簡稱WSN)中路由建立的方法。尤其涉及一種基于局部網絡介數的WSN能量均衡路由建立的方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network,簡稱WSN)通常由數百甚至上千個的分布式傳感器結點自組織成一個網絡來監測某種物理現象，其低功耗和易部署的特性使其應用領域涵蓋廣泛，如環境監測、生產控制、智能交通和智能電網等。在很多WSN的實際應用中，網絡覆蓋區域廣需要成千上萬個傳感器結點，區域環境復雜，有些區域甚至人員不能到達。而傳感器結點靠電池供電，傳感器結點通過更換電池的方式來補充能源是不現實的。一旦部分重要的傳感器結點能量耗盡，WSN就會因網絡分立而癱瘓。因此如何降低WSN結點的能耗、平衡網絡能量消耗、延長網絡運行壽命和防止網絡分立是WSN研究的核心問題。

WSN結點無線網絡通信模塊的狀態主要包括發送狀態、接收狀態、偵聽狀態和睡眠狀態。單位時間內消耗的能量按照上述順序依次減少。因此對于WSN結點而言，其數據包發送和接收，即數據包的轉發能量消耗最多。由此可見，設計能量均衡的路由、減少WSN結點數據包轉發、優化WSN路由建立方法和平衡網絡能量消耗是降低WSN結點的能耗和延長網絡壽命的一個重要方法。

WSN的能量不均衡有兩方面的原因：一方面是網絡中事件發生的不均衡，這是不可控制的；另一方面是低能量結點轉發數據總是先于高能量結點，造成能量不均衡的累積，這是可控制的。設計能量均衡路由就是解決后者能量不均衡的一個重要方法。

目前WSN的能量均衡路由主要有兩大類，即分布式和集中式的能量均衡路由：分布式能量均衡路由是以LEACH算法為代表的一系列WSN分簇路由，其主要通過網絡簇頭輪換策略來均衡網絡能耗，但簇頭輪換和分簇的控制開銷較大；集中式能量均衡路由是在集中收集到的全網拓撲和能量信息的基礎上，以某種優化策略，如線性規劃、蟻群優化和啟發式算法等方式，找到合適路由使能量均衡達到最佳。集中式能量均衡路由在不考慮收集拓撲和能量信息的控制開銷，一般會得到接近最優的優化結果，但這種集中式的控制開銷會隨網絡規模增大而不斷增大，可擴展性較差。

無論是分布式還是集中式WSN能量均衡路由建立時大多假設網絡結點均勻分布，而研究發現，實際無線傳感器網絡結點分布具有復雜網絡的無尺度特性。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺陷，目的是提供一種能延長網絡的生存期、提高網絡傳輸的可靠性和網絡能量均衡的基于局部網絡介數的WSN能量均衡路由建立的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：WSN中有N個結點X_i，i∈[1,N-1]，結點X_i發送數據包P到目的結點destination的路由建立的方法是：

步驟1、如果結點X_i沒有路由表routing_table，則為結點X_i構造一張路由表routing_table，路由表routing_table由“目的”列和“下一跳”列組成，路由表routing_table為空。

步驟2、WSN中的一個結點X_i收到數據包P時，在所述結點X_i的所有鄰居結點n_i中查找目的結點destination，如果查找到目的結點destination，則將數據包P直接送達到所述目的結點destination。

步驟3、如果沒有查找到目的結點destination，除了上一跳鄰居結點外，所述結點X_i的每個鄰居結點n_i的能量代價cost_i的數學模型是

cost_i＝αd_i+(1-α)b_i????（1）

式（1）中：d_i為特征值，表示結點X_i的鄰居結點n_i分別與目的結點destination之間的路徑長度；

α為特征值d_i的權重，α∈[0,1]；

b_i為另一特征值，表示結點X_i的鄰居結點n_i的局部網絡介數，