[發(fā)明專利]基于剩余能量的集合劃分多跳路由方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410061028.6
• 申請(qǐng)日: 2014-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN103826282B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 虞貴財(cái);龍承志;林喚;向滿天;黃才海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所11569
• 代理人: 王加貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線路由算法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于剩余能量的集合劃分多跳路由方法。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有限，因此能量問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）應(yīng)用中的核心問(wèn)題。一個(gè)高效的低功耗的路由協(xié)議能有效減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長(zhǎng)WSNs的生命周期，因此路由算法成為國(guó)內(nèi)外WSNs的研究熱點(diǎn)。

WSNs的路由協(xié)議可以分為平面路由和層次路由，層次路由算法是WSN中運(yùn)用比較廣泛的路由算法。LEACH算法是最早提出了的一個(gè)比較成熟的分簇路由算法，也是最具有代表性的分層路由算法。許多分簇路由協(xié)議例如SEP、PEGASIS、LEACH-C(LEACH-centralized)和LEACH-F(LEACH-fixed)等協(xié)議都是在LEACH的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。但其存在一定的不足，LEACH協(xié)議隨機(jī)輪流的選擇簇首，并且簇首與基站直接通信，導(dǎo)致簇首分布不均勻，單跳通信造成巨大能耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建更加合理、可有效減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的基于剩余能量的集合劃分多跳路由方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于剩余能量的集合劃分多跳路由方法，包括：步驟1，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)區(qū)域；步驟2，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)按距離最近的原則劃分成多個(gè)具有相同節(jié)點(diǎn)數(shù)目的第一集合；步驟3，根據(jù)第一集合在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的位置分布，生成具有多個(gè)簇首的第二集合；步驟4，為每個(gè)簇首賦予一個(gè)權(quán)值；步驟5，為第二集合內(nèi)的每個(gè)簇首確定前向簇首；步驟6，為第二集合內(nèi)的每個(gè)簇首確定下一跳簇首；步驟7，每個(gè)第一集合內(nèi)的成員與其對(duì)應(yīng)的簇首之間具有第一距離，該成員與Sink節(jié)點(diǎn)之間具有第二距離，根據(jù)第一距離與第二距離之間的大小關(guān)系，確定該成員是與其對(duì)應(yīng)的簇首還是與Sink節(jié)點(diǎn)通信。

進(jìn)一步地，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為正方形，區(qū)別為八個(gè)。

進(jìn)一步地，步驟2還包括：在所有節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇與第一集合的數(shù)目相同的第一候選節(jié)點(diǎn)；在除第一候選節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇多個(gè)距離量近的節(jié)點(diǎn)作為第二候選節(jié)點(diǎn)，其中，第二候選節(jié)點(diǎn)是第一候選節(jié)點(diǎn)的親戚節(jié)點(diǎn)；第一候選節(jié)點(diǎn)和第二候選節(jié)點(diǎn)組成候選節(jié)點(diǎn)集合。

進(jìn)一步地，步驟3按下至少一種方式確定候選簇首：（1）如果區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)屬于候選節(jié)點(diǎn)集合的候選節(jié)點(diǎn)，那么將該一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)加入第二集合作為候選簇首；（2）如果區(qū)域內(nèi)具有兩個(gè)屬于候選節(jié)點(diǎn)集合的候選節(jié)點(diǎn)，那么將該兩個(gè)候選節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇一個(gè)加入第二集合作為候選簇首；（3）如果區(qū)域內(nèi)具有三個(gè)以上屬于候選節(jié)點(diǎn)集合的候選節(jié)點(diǎn)，那么將該三個(gè)以上候選節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇兩個(gè)加入第二集合作為候選簇首；（4）如果區(qū)域內(nèi)沒(méi)有屬于候選節(jié)點(diǎn)集合的候選節(jié)點(diǎn)，那么略過(guò)該區(qū)域。

進(jìn)一步地，步驟4中的權(quán)值與該簇首的節(jié)點(diǎn)能量成正比，且與Sink節(jié)點(diǎn)的距離成反比。

進(jìn)一步地，步驟4中的權(quán)值根據(jù)下式計(jì)算得到：

其中，

W為權(quán)值；

Ei為節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量；

Emax為節(jié)點(diǎn)的初始能量；

dmax為所有節(jié)點(diǎn)中和Sink節(jié)點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離；

d(i,sink)為節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)的距離。

進(jìn)一步地，步驟5中：設(shè)簇首i與Sink節(jié)點(diǎn)之間的距離為Disink，簇首j與Sink節(jié)點(diǎn)之間的距離為Djsink，簇首i和簇首j之間的距離為Dij,若滿足以下條件，則簇首j是簇首i的前向簇首：

D_ij²+D_isink²＞D_jsink²

D_jsink²+D_isink²＞D_ij²。

進(jìn)一步地，步驟6按下述至少一種方式確定下一跳簇首：

（1）如果一簇首具有多于兩個(gè)前向簇首，則找出距離該簇首最近的兩前向簇首，并選權(quán)值較大的那個(gè)作為其臨時(shí)下一跳簇首；若該臨時(shí)父節(jié)點(diǎn)的權(quán)值大于該簇首的權(quán)值，則將該臨時(shí)下一跳簇首作為下一跳簇首，否則將Sink節(jié)點(diǎn)作為下一跳簇首；

（2）如果一簇首具有兩個(gè)前向簇首，則選擇權(quán)值較大的前向簇首為臨時(shí)下一跳簇首；若該臨時(shí)下一跳簇首的權(quán)值大于該簇首的權(quán)值，則將該臨時(shí)下一跳簇首作為下一跳簇首，否則將Sink節(jié)點(diǎn)作為下一跳簇首；