[發(fā)明專利]一種基于雙簇首的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710159640.0
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106900025B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊煉;葉建光;徐仁發(fā);趙迎芝
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/32;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發(fā)明涉及一種基于雙簇首的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法，所述方法包括：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送初始化消息；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點向所述基站上報自身的位置、剩余能量和節(jié)點ID信息；所述基站獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的位置、ID、剩余能量，并統(tǒng)計節(jié)點總數(shù)；所述基站根據(jù)統(tǒng)計的信息將分布區(qū)域進(jìn)行橫向劃分；根據(jù)節(jié)點的位置、ID以及剩余能量，選舉出候選主簇首；根據(jù)所述候選主簇首與所述基站之間的距離，設(shè)置不同的競爭半徑，并在所述競爭半徑內(nèi)選舉出最終主簇首，并由所述最終主簇首組織成簇；在數(shù)據(jù)傳輸時，分為簇內(nèi)和簇間的傳輸方式。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，能夠解決網(wǎng)絡(luò)生存周期短的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于雙簇首的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是由大量無線傳感器構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的對象信息，并將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給目標(biāo)用戶。由于傳感器節(jié)點能量有限，且不容易更換電池，如何減少節(jié)點的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究熱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸模式為多對一(many-to-one)模型，但由于節(jié)點通信距離小，所以數(shù)據(jù)需要經(jīng)過多跳路由才能傳輸匯總至基站。靠近Sink的傳感器節(jié)點由于要轉(zhuǎn)發(fā)外層的數(shù)據(jù)，承擔(dān)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離基站的傳感器節(jié)點，這決定著網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載必然會出現(xiàn)不平衡，產(chǎn)生“熱區(qū)”問題。分簇技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重要技術(shù)之一，通過對網(wǎng)絡(luò)分層，設(shè)置不同的角色，降低節(jié)點能耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，分簇路由算法是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中較常見的一種。

對于WSN的分簇路由協(xié)議，雖然有諸多方面優(yōu)于平面路由的性能協(xié)議，但是對于分族算法中的簇首不僅要承擔(dān)簇內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，又要進(jìn)行與基站間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，容易造成簇首能量消耗過快死亡，從而造成網(wǎng)絡(luò)生存周期縮短。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙簇首的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法，能夠解決網(wǎng)絡(luò)生存周期短的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于雙簇首的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法，所述方法包括：

步驟101：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署完成后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送初始化消息；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點收到所述初始化消息后向所述基站上報自身的位置、剩余能量和節(jié)點ID信息；所述基站根據(jù)節(jié)點上報的信息，獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的位置、ID、剩余能量，并統(tǒng)計節(jié)點總數(shù)；

步驟102：所述基站根據(jù)統(tǒng)計的信息將分布區(qū)域進(jìn)行橫向劃分，形成至少一個子區(qū)域，每個所述子區(qū)域中包括至少一個簇；

步驟103：根據(jù)節(jié)點的位置、ID以及剩余能量，選舉出候選主簇首；根據(jù)所述候選主簇首與所述基站之間的距離，設(shè)置不同的競爭半徑，并在所述競爭半徑內(nèi)選舉出最終主簇首，并由所述最終主簇首組織成簇；

步驟104：在數(shù)據(jù)傳輸時，簇內(nèi)節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給主簇首，主簇首在融合數(shù)據(jù)完畢后，再交由副簇首；簇間通信時，每個副簇首從下一層級的主簇首中選擇一個主簇首作為其中繼節(jié)點。

進(jìn)一步地，在由所述最終主簇首組織成簇之后，所述方法還包括：

簇建立以后，普通節(jié)點向主簇首申請副簇首競選；在副簇首選舉時，基于普通節(jié)點到主簇首的距離、普通節(jié)點到基站的距離以及普通節(jié)點的剩余能量的大小，得到各個普通節(jié)點對應(yīng)的選舉副簇首的權(quán)值函數(shù)，并根據(jù)權(quán)值大小選出最佳副簇首。

進(jìn)一步地，按照下述公式確定選舉副簇首的權(quán)值函數(shù)：