[發明專利]一種基于分簇結構的ZigBee網絡能量均衡路由方法

有效

• 申請號: 201510035742.2
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104602302B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 唐宏;舒紅;王惠珠;郭彥芳;徐東哲
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/10
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

1.一種基于分簇結構的ZigBee網絡能量均衡路由方法，其特征在于：包括網絡成簇階段和路由發現階段，其中網絡成簇階段具體包括以下步驟：

101、協調器節點建立ZigBee網絡，其它節點請求加入ZigBee網絡，并在加入網絡時分別建立自身的鄰居表；

102、獲取步驟101中建立的ZigBee網絡的簇樹拓撲結構，并將網絡分成N個簇，其中N為協調器節點的子節點數目；

103、對步驟102分成的每個簇根據簇頭選舉策略進行簇頭選舉，形成拓撲結構，具體步驟如下：

①判斷當前節點是否是全功能設備FFD節點，若當前節點是全功能設備FFD節點，則執行步驟②，否則執行步驟④；

②如公式(1)所示，分別計算各簇的平均節點深度d_avg(j)；如公式(2)所示，分別計算各簇的平均節點度數TN_avg(j)，其中，M是簇j的簇內節點總數，d(i)是簇j內節點i的深度，TN(i)是簇j內節點i的節點度數；

davg(j)=Σi=1Md(i)M,1≤j≤N---(1)]]>

TNavg(j)=Σi=1MTN(i)M,1≤j≤N---(2)]]>

③通過公式(3)計算各節點的簇頭權值函數W(i)，對節點度數、節點深度兩方面因素進行歸一化處理，得到最終簇頭權值函數；

W(i)=d(i)/davg(j)TN(i)/TNavg(j)---(3)]]>

④重復步驟①～③，直到計算出簇j內全部節點的簇頭權值函數；

⑤比較各節點的權值函數，將權值函數最小的節點當作簇頭，并對簇內節點進行簇信息廣播，簇內節點實行路由信息共享；

104、簇內節點查詢自身鄰居表，并將鄰簇信息發送給簇頭節點，簇頭節點對接收到的鄰簇信息進行整合，并轉發給協調器節點；協調器節點根據來自各簇頭的鄰簇信息，生成鄰簇序列SoAC，協調器節點向全網廣播鄰簇序列SoAC，完成網絡成簇階段；

路由發現階段具體包括以下步驟：

105、當ZigBee網絡中的節點有數據包要進行發送時，網絡進入路由發現階段，根據數據包的源節點網絡地址、目的節點網絡地址去查詢源節點、目的節點的簇號，判斷源節點、目的節點是否同簇，若源節點、目的節點同簇，則執行步驟106，否則執行步驟107；

106、若源節點、目的節點具有相同的鄰居節點，則將數據包轉發給相同的鄰居節點，鄰居節點再將數據包轉發給目的節點；反之，則按照簇樹路由算法Cluster-Tree進行數據轉發；

107、查詢鄰簇序列SoAC，利用公式(4)計算源節點到目的節點之間的最大跳數，其中，d_S、d_D分別是源、目的節點深度、d_MCP是源目的節點最大公共父節點深度，h_max表明數據包沿Cluster-Tree方法在網絡中傳輸的路徑長度，即數據包在網絡中傳輸的最大跳數；

h_max＝d_S+d_D-2·d_MCP (4)

108、在原路由請求RREQ結構的基礎上添加最大跳數h_max、當前跳數位h、以及最小節點剩余能量位RREQe，并根據公式(5)初始化當前跳數位和最小節點剩余能量位，其中E_init為節點的初始能量值；

h＝0

RREQe＝E_init (5)

109、根據源節點、目的節點簇號查詢鄰簇序列SoAC，在鄰簇序列基礎上生成正向鄰簇序列fSoAC和逆向鄰簇序列rSoAC；判斷fSoAC的長度是否大于rSoAC，若fSoAC長于rSoAC，且rSoAC中沒有0，則RREQ消息沿rSoAC中簇序列方向進行轉發；若rSoAC長于fSoAC，且fSoAC中沒有0，則RREQ消息沿fSoAC中簇序列方向進行轉發，0表示當某簇未檢測到一側或兩側的鄰簇信息，則這側或兩側的鄰簇信息由0替代，否則，RREQ消息沿源簇→協調器節點→目的簇方向進行轉發；

110、節點i接收來自上一跳節點的RREQ消息后，首先判斷自身是否是目的節點，若當前節點不是目的節點，則計算節點i的剩余能量E_res(i)，并更新RREQ消息，使得RREQ消息中的RREQe位為路徑中最小節點剩余能量；

111、當RREQ消息到達目的節點時，根據公式(6)計算最大節點能量消耗E_cons，根據公式(7)計算路徑代價函數cost；

E_cons＝E_init-RREQe (6)

cost=hhmax+EconsEinit---(7)]]>

目的節點選擇代價函數最小的路徑回復RREP消息，源節點接收到目的節點發送的RREP消息后，按RREP消息的發送路徑發送數據包。