[發(fā)明專利]一種商拓撲能量遞階動態(tài)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310214115.6
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103281746A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 徐健鋒;張遠健;王振;涂敏;李宇;邱桃榮;劉承啟;劉斕;黃學堅;江青艷
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 36122
• 代理人: 夏材祥

1.一種商拓撲能量遞階動態(tài)規(guī)劃的無線傳感網(wǎng)路由方法，其特征是：

（一）根據(jù)地域關系屬性將無線傳感網(wǎng)拓撲Wsn誘導出N種備選劃分方案，指定每種備選劃分為k個小粒度子簇的步驟是：

（a）節(jié)點一旦部署就不再改變其地理位置，基站記錄有各個節(jié)點的剩余能量和地理指標等節(jié)點分布信息；

（b）通過選定一個地理分布屬性，如某個海拔高度，或某個水平經(jīng)緯度，將Wsn劃分為K個等價類節(jié)點子簇即Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’；

（c）選定不同的地理分布屬性重復N次執(zhí)行步驟b獲得N種備選劃分方案；

（二）對上述N個備選劃分進行能量平衡和能量預估消耗的競爭，如獲得最優(yōu)劃分即最優(yōu)下一層子分簇即Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’，則進入下列步驟（三）；否則該無線傳感網(wǎng)Wsn本身為最終有效簇，則進入下列步驟（四），具體步驟：

(a)選擇備選劃分之一；

（b）在K個子分簇中，對每個子分簇都選擇若干最優(yōu)簇頭并基于這些簇頭通過計算預測最小能量消耗值Consume(Wsn__i')其中i∈{1,2,…k}；

（c）匯總步驟b獲得k個能量預測消耗與父簇需要消耗的預測能量Consume(Wsn)進行比較，如下式（1）所示劃分后消耗能量和大于等于劃分前消耗則取消該劃分,如小于劃分前消耗如下式（2）所示則認為該劃分有效即為備選劃分；

Consume(Wsn)≤Σi=1kConsume(Wsni′)···(1)]]>

Consume(Wsn)>Σi=1kConsume(Wsni′)···(2)]]>

(d)重復步驟a到步驟c如沒有獲得任何一條備選劃分則該父簇本身為最終有效簇并進入步驟（四），如果有m個備選劃分則進入下一步e；

（e）分別計算m個備選劃分的各自K個子簇節(jié)點剩余能量Energe(Wsn₁')其中i∈{1,2,…,k}

和平衡程度Balance(Wsn1′,Wsn2′,···Wsnk′)=]]>

Log1eMax{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}-Min{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}Min{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}]]>

(f)綜合考慮各個備選劃分的能量平衡程度Balance()和預測的消耗能量減少程度Save(),選擇最優(yōu)分簇。預測的消耗能量減少程度和判斷函數(shù)如下式3和式4。

Save(Wsn1′,Wsn2′,...Wsnk′)=Log1/eConsume(Wsn)-Σi=1kconsume(Wsni′)Σi=1kconsume(Wsni′)···(3)]]>

α?Save（Wsn₁’，Wsn₂’，…Wsn_k’）+β?Banance（Wsn₁’，Wsn₂’，…Wsn_k’）………（4）

注α和β為可調(diào)參數(shù)

（三）對于選定的這K個子簇，分別進入步驟（一）步驟如下：

(a)對于選定的這K個子簇Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’，提取其中任何一個Wsn_i’，i∈{1,2……k}

（b）Wsn_i’作為下一層一個相對獨立的子Wsn進入步驟（一）；

(c)其余K－1個子簇也分別進入步驟a和b進行下一層次劃分；

（四）確定所有最終有效簇后，有效簇的簇頭節(jié)點給簇內(nèi)成員分配TDMA時間表

(a)Sink節(jié)點廣播通知對應節(jié)點誰是簇頭及各級父簇頭和誰是簇內(nèi)成員；

（b）各有效分簇簇頭根據(jù)簇內(nèi)成員節(jié)點總數(shù)為其分配時隙，并廣播，之后普通節(jié)點即可以在分配的時間向簇頭傳遞信息；

（五）簇頭收集本簇信息，通過成簇過程中其父親簇的簇頭節(jié)點實現(xiàn)到Sink節(jié)點的多跳傳輸；

（a）簇頭節(jié)點收集了齊了本簇普通節(jié)點發(fā)來的信息后，進行數(shù)據(jù)融合；

（b）簇頭節(jié)點將數(shù)據(jù)收到父簇的簇頭節(jié)點并逐級送回Sink節(jié)點；

注：父簇不是最終有效分簇，只是分簇過程中產(chǎn)生的過度簇；

（六）進入下一輪后先判斷上一輪是否存在第一層劃分；

a)根據(jù)上輪歷史記錄整個Wsn是否存在第一層有效的K個等價類節(jié)點子簇{Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’}劃分；

（七）如沒有劃分就直接更改簇頭，作為最終有效簇；并進入步驟（四）；

a)如果沒有劃分則認為Wsn是本輪最終有效分簇，更換新簇頭并進入步驟（四）；

（八）如存在劃分就考察這些同父兄弟分簇即虛擬是否整體能量失衡；

a)如存在劃分就根據(jù)公式3考察這k個些同父兄弟分簇即Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’是否整體能量失衡；

（九）如果整體能量還保持平衡則，再考察平衡的各個簇各自是否存在下層劃分，并進入步驟（七）；

a)如果整體能量還保持平衡則依次考察平衡的每個簇

b)確定Wsn_i’否存在下層劃分，并將Wsn_i’記作Wsn并進入步驟（七）；

（十）如果整體能量不再平衡則更換新簇頭并進入步驟（一）；

a)如果整體能量不保持平衡則更換Wsn的簇頭；

b)將更換了新簇頭的Wsn代入步驟（一）；

（十一）重復步驟（一）到步驟（十）直至所有節(jié)點能量耗盡。