[發明專利]基于不規則元胞自動機的無線傳感網絡的節能路由方法

有效

• 申請號: 201310169205.8
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103249109A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 于秦;安寧;羅俊海
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于通信網絡技術領域，具體涉及基于不規則元胞自動機的無線傳感網絡的節能路由方法。?

背景技術

無線傳感網絡（Wireless?sensor?networks,WSN）由于其具有低功耗、低成本、自組織能力等獨有的優勢，被廣泛的應用在社會生活的各個領域中。因為傳感節點常被布置在環境復雜或無人值守區域中，不便于更換電池，因此如何節省傳感器節點的能量以延長其工作時間成為WSN研究中的首要重點問題。?

在現有技術中，具有代表性的WSN節能路由協議主要有：最小能耗路由、基于分簇的路由和能量均衡路由。?

最小能耗路由的主要思想是構建從源節點到匯聚節點（即sink節點）能量消耗最小的路徑，由于傳輸能耗與傳輸距離成正比關系，因此減少傳輸距離就可以減少傳輸能耗。?

基于分簇的路由中較為經典的路由協議包括低功耗自適應集簇分層型協議(Low?Energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy，LEACH)以及在其基礎上優化的集中式的分簇算法(Low?Energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy?Centralized，LEACH-C)和固定簇半徑的分簇協議等協議(HybridEnergy-Efficient?Distributed?Clustering，HEED)，通過分簇的思想減少向sink節點發送的數據來減少節點能量消耗。能量均衡路由的基本思想是通過按照節點各自的能量水平來轉發路由包，增加節點的休眠時間等方式，均衡節點之間能量消耗，避免網絡分割，個別節點過早死亡的問題，延長?網絡的生存時間。?

然而，在現有技術中，最小能耗路由頻繁選擇相同的最短路徑，會導致路徑中部分節點的能量過早耗盡，出現網絡分割、網絡能量不均衡等問題。現有的分簇路由協議幾乎把所有重心都放在關于分簇算法的研究之上，而忽視了對于怎樣才能使分簇的網絡優于非分簇網絡的研究。已有研究表明，只有當簇頭發向匯聚節點的數據遠小于分簇前各簇內節點涌向簇頭的信息總量時，分簇的WSN才可能比非分簇的WSN在性能方面具有絕對的優勢。本發明提出的基于不規則元胞自動機模型的節能路由協議屬于能量均衡路由協議。?

近年來，元胞自動機（Cellular?Automata,CA）模型由于結構簡單、便于在計算機上實現、并且能夠以簡單的規則揭示復雜的全局特性等優點，已成為研究WSN節能問題的重要工具。元胞自動機模型是一種空間和時間都離散的系統，系統中的所有元胞遵守相同的狀態轉換規則，元胞的狀態由上一時刻自身和鄰居的狀態共同決定。CA機制通過休眠調度策略使節點按著一定的狀態轉換規則在休眠和工作狀態之間轉換，以減少節點能量消耗。然而，通常基于CA模型的路由算法都使用“生命游戲”作為狀態轉換規則，但根據鄰居節點工作/休眠狀態的節點數目來決定自身下一時刻的狀態，沒有考慮節點本身以及鄰居節點的剩余能量等級狀況，這可能會導致節點間剩余能量的不均衡。另外，通常使用的規則CA規定了網絡空間是網格狀的，因此限制了網絡中節點的分布情況。?

在常規的基于規則元胞自動機模型的WSN節能路由協議中，網絡節點按照網格狀分布，用四元組A={L_d,QN,f}表示元胞自動機A，則節點C_i，j的鄰居N_i,j:?

Ni,j={(k,l)∈c|(k-i)2+(l-j)2≤Rc}]]>