[發明專利]基于蟻群算法的高能效無線傳感器網絡路由方法

有效

• 申請號: 201310313431.9
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103354654A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王俊義;李燕龍;屈宇清;符杰林;王玫;仇洪冰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡路由領域，具體涉及一種基于蟻群算法的高能效無線傳感器網絡路由方法。

背景技術

無線傳感器網絡是一個由大量低能耗、小尺寸、有無線通信能力的傳感器節點組成的無線自組織網絡。這些傳感器節點可以通過不同類型的微型傳感器節點監控、感知和采集環境數據。自從傳感器網絡出現后，它已經有了很廣泛的應用場景，在軍事防御、流量監控、生物醫療、環境監測、緊急救助和災難救援方面扮演著重要角色。

在傳統無線傳感器網絡中，每個傳感器節點高度受限于電池電力。一旦其被部署到感知區域后，節點的電池將很難替換。同時，每個節點傳輸信息的能力也是受限的，所以如何減小能量消耗成為無線傳感器網絡研究中的重要問題。在沒有能量補充的無線傳感器網絡中，減小能量消耗的主要方法有：沖突避免，減小開銷，增加節點休眠時間和最優化路由等。其中，選擇高能效的路由方法是所有方法中最有效的。現存的路由算法有單跳傳輸，多跳傳輸，協作MIMO（多輸入多輸出）單跳傳輸，協作MIMO多跳傳輸等。大多數這些方法都是以簇的形式收集數據，并將數據融合后通過不同的傳輸方法傳輸給遠端基站。

目前較流行的無線傳感器網絡路由算法有LEACH（低功耗自適應集簇分層型協議）、多跳LEACH、協作LEACH等。LEACH算法隨機選擇簇頭節點并由簇頭節點把數據融合壓縮后單跳傳輸給匯聚節點SINK（網關節點），該算法可以使每個節點都有相等的概率成為簇頭節點均衡每個節點的負擔，簇頭節點對數據進行融合可以減小傳輸數據量進而減小能耗，但是隨機選擇簇頭節點忽視了節點的分布和剩余能量，可能會使形成的簇分布不合理個別節點能量消耗過快。多跳LEACH改進了由于匯聚節點距感知區域過遠導致簇頭節點單跳傳輸能耗過大的問題，但是多跳傳輸會使匯聚節點附近的簇首有大量的數據需要轉發導致“熱區”問題。協作LEACH使用虛擬MIMO技術可在一定誤碼率要求下得到更大的分集增益進而減小簇間遠程傳輸的能耗，但其使用簇間單跳傳輸的方法會使離匯聚節點較遠的節點能量消耗過大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有傳感器網絡路由方法能量消耗不均衡，個別節點死亡過快，簇間遠程消耗能量大的問題，提供一種基于蟻群算法的高能效無線傳感器網絡路由方法，以延長傳感器網絡的工作壽命。

為解決上述問題，本發明是通過以下方案實現的：

基于蟻群算法的高能效無線傳感器網絡路由方法，包括如下步驟：

（A）成簇階段：

（A1）對監測區域內的傳感器節點進行分簇，在每一輪開始時，先計算每個節點對應的閥值函數T_i，后讓每個節點隨機生成一個0至1間的數，并讓這個數與該節點對應的閥值函數T_i進行比較，若這個數小于該節點對應的閥值函數T_i并且該節點未被標記，則該節點選舉自己為臨時簇頭節點；其中閥值函數T_i的計算公式為：

Ti=kN-k×(rmodNk)×Eremain_iEinitial_i---(1)]]>

式中，T_i為節點i的閥值函數，k為預期簇頭節點數，N為總節點數，r為當前網絡運行輪數，mod為求余函數，E_{remain_i}為節點i當前剩余能量，E_{initial_i}為節點i初始能量；