[發明專利]一種基于能量均衡的RPL路由協議分簇方法

在審

• 申請號: 201810145247.0
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108521335A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 張文波;譚小波;付立冬
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W4/70;H04W24/06;H04W40/04;H04W40/10
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

一種基于能量均衡的RPL路由協議分簇方法，其特征在于包括下述內容：網絡模型設計，通過假設各個環型區域內能量消耗基本相等準則和數學公式來推導出各個環型區域中簇頭節點所占的比率，以此來確定算法中的成簇概率因子。為確保各個簇頭相對均衡地分布在環型區域內，采取候選簇頭競爭和調整因子機制。為緩解內層網絡的能量空洞，模型采取不同環型層次不同成簇半徑的異構簇方式。利用成簇概率模型計算網絡中節點的成簇概率來實現選取候選簇頭。用戶能夠使無線傳感器網絡在能量消耗和能耗均衡方面具有較高性能，能夠有效增長網絡生命周期，從而使大量的傳感器節點接入互聯網成為可能。

技術領域

本發明屬于層次型無線傳感器網絡分簇技術，具體涉及一種基于能量均衡的RPL路由協議分簇模型。

背景技術

自上世紀九十年代之后，由大量擁有感知能力和計算能力的傳感器節點組成的無線傳感器網絡Wireless Sensor Network(WSN)的出現，備受各個行業的廣泛注意。WSN在組網時通常會使用大量節點，由于其自組織的原因，使得整個網絡具有較強的錯誤容忍能力，一些節點的損壞不能導致所有網絡癱瘓，容易對其進行維護。由于其具有以上優點，所以無線傳感網絡被大量的利用在軍工業、環采業、醫院監測、工業生產等。對于層次型WSN而言，分簇算法決定了簇在整個網絡體系中的分布情況，進而直接影響網絡的主要拓撲結構。因此設計一種高效的分簇算法對減少節點能量耗費、保證數據傳送可靠性、增長網絡存活時間至關重要。

發明內容

本發明的目的，是提供一種基于RPL協議的能量均衡的環域網絡分簇方法。應用本發明，用戶能夠使無線傳感器網絡在能量消耗和能耗均衡方面具有較高性能，能夠有效增長網絡生命周期，從而使大量的傳感器節點接入互聯網成為可能。

采用的技術方案是：

一種基于能量均衡的RPL路由協議分簇方法，是一種在無線傳感器網絡中，對傳感器節點進行分簇的技術，其特征包括：

網絡模型設計，我們將通過假設各個環型區域內能量消耗基本相等準則和數學公式來推導出各個環型區域中簇頭節點所占的比率，以此來確定算法中的成簇概率因子。為確保各個簇頭相對均衡地分布在環型區域內，采取候選簇頭競爭和調整因子機制。為緩解內層網絡的“能量空洞”，模型采取不同環型層次不同成簇半徑的異構簇方式來實現；利用成簇概率模型計算網絡中節點的成簇概率T_k,j(s),來實現選取候選簇頭；具體闡述了成簇算法的執行過程；提出了簇頭輪換機制，分為簇頭節點發起的簇頭輪換過程和非簇頭節點發起的簇頭輪換過程。具體包括：

1、網絡模型設計

基于能量均衡的RPL路由協議分簇算法所使用的網絡模型為等面積同心圓環。在該模型中，我們將通過假設各個環型區域內能量消耗基本相等準則和數學公式來推導出各個環型區域中簇頭節點所占的比率，以此來確定算法中的成簇概率因子。為確保各個簇頭相對均衡地分布在環型區域內，我們采取候選簇頭競爭和調整因子機制。為緩解內層網絡的“能量空洞”，模型采取不同環型層次不同成簇半徑的異構簇方式來實現。

2、成簇概率模型

在低功耗易損無線傳感器網絡中，鏈路相對不穩定，而節點位置比較固定，所以在網絡運行時期我們只在網絡組建過程中進行一次成簇。在簇頭輪換時，我們采用基于事件的簇頭輪換機制。因此在成簇概率模型中，我們沒有引入成簇輪數參數，假定節點初始能量相同，即節點為能量同構的。引入節點成簇概率閾值T_k,j(s)來實現選取候選簇頭節點。

3、成簇算法執行過程

在描述成簇算法之前，我們先定義如下數據結構：

全局配置信息I：I＝{S,N,C}；其中S為網絡覆蓋總面積；N為網絡中的節點總數；C為網絡的總環數。