[發明專利]一種采用分層的無線傳感網路由方法

無效

• 申請號: 201310003411.1
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN103209456A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 陳志浩;龍承志;向滿天;虞貴財;羅建平;鄒文生;余堯毅;周海
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡路由算法，具體涉及一種采用分層的無線傳感網路由方法。

背景技術

在對此方法的研究和實踐過程中，本發明的發明人發現：無線傳感器網絡（Wireless?Sensor?Network，WSN）就是由部署在監測區域內的大量廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。在無線傳感網中，一個好的節點間的路由協議對網絡的性能及安全有著至關重要的影響，因此，路由協議的研究已經成為國內外的一個研究熱點。

在無線傳感網中，LEACH算法是一種典型的層次路由算法，全稱為低功耗自適應集簇分層協議(Low?Energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy)。該算法的基本思想是：以循環的方式隨機選擇簇頭節點，將整個網絡的能量負載平均分配到每個傳感器節點中，從而達到降低網絡能源消耗、提高網絡整體生存時間的目的。　LEACH在運行過程中不斷的循環執行簇的重構過程，每個簇重構過程可以用回合的概念來描述。每個回合可以分成兩個階段：簇的建立階段和傳輸數據的穩定階段。為了節省資源開銷，穩定階段的持續時間要大于建立階段的持續時間。簇的建立過程可分成4個階段：簇頭節點的選擇、簇頭節點的廣播、簇頭節點的建立和調度機制的生成。

?LEACH路由協議主要分為兩個階段：即簇建立階段(setup?phase)和穩定運行階段(ready?phase)。簇建立階段和穩定運行階段所持續的時間總和為一輪(round)。為減少協議開銷，穩定運行階段的持續時間要長于簇建立階段。在簇建立階段，傳感器節點隨機生成一個0至1之間的隨機數，并且與閾值T(n)做比較，如果小于該閾值，則該節點就會當選為簇頭。在穩定階段，傳感器節點將采集的數據傳送到簇頭節點。簇頭節點對采集的數據進行數據融合后再將信息傳送給匯聚節點，匯聚節點將數據傳送給監控中心來進行數據的處理。穩定階段持續一段時間后，網絡重新進入簇的建立階段，進行下一輪的簇重建，不斷循環。

本人在研究是的過程中，本人發現LEACH算法存在的問題：該算法沒有考慮到某個區域中節點數量以及節點剩余能量對簇頭選舉所產生的負面影響，因此可能出現某一區域節點集中，但是成為簇頭節點的數目卻很少，也有可能出現某節點剩余能量很低，但卻成為了簇頭節點，導致節點過快的死亡，從而影響整個網絡的生命周期。

?發明內容

本發明的目的是提供一種采用分層的無線傳感網路由方法，它能夠有效的選取區域內的簇頭節點和剩余能量較大的節點，延長網絡的生命周期。

本發明是這樣來實現的，本發明根據LEACH算法，在簇頭選取階段考慮節點的分布情況，節點分布密集的區域當選為簇頭節點的概率應當適當較大；在考慮節點密度的同時，節點的剩余能量也是節點能否當選為簇頭的一個重要因素之一，節點相對于這個網絡的平均剩余能量越高，節點當選為簇頭節點的概率越大。具體步驟如下：

1)????確定本節點與基站（即Sink點）之間的距離；

2)????引入節點密度調節函數以及能量調節函數，使得節點的選取更加的合理；

3)????節點參與簇頭的選取，不能成為簇頭的直接成為普通節點；

4)????簇頭節點之間的相互通信；

5)????普通節點根據信號的強弱選擇加入相應的簇；

6)????簇頭節點安排時隙給本簇的節點；

7)????穩定傳輸數據階段；

8)????重復步驟2至步驟7，直至所有節點能量耗盡。

上述步驟1中，節點首先確定自己與sink節點的距離的步驟是：(a)節點一旦部署，其位置便不再發生改變；Sink節點根據監測范圍的大小選擇合適的功率進行廣播，確保監測范圍內的所有節點都收到其廣播的位置信息，廣播信息里攜帶了Sink節點的位置以及以Sink節點為中心的一系列同心圓，靠近Sink節點的為最內層圓，依次往外推；(b)普通節點收到Sink節點的廣播信息后，確定自己與Sink節點的距離以及所在同心圓的層數；(c)普通節點在確定其與Sink節點的距離以后，將此數據記錄下來并保存。

上述步驟2中，引入密度調節函數以及能量調節函數，使得簇頭的選取更加合理的步驟是：(a)確定節點分布密集區域和節點分布稀疏區域；(b)定義節點密度函數為