[發明專利]一種無線傳感器網絡的路由選擇方法及系統

有效

• 申請號: 201810208846.2
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108541038B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 陳桂芬;李安超;王義君
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/10;H04W40/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發明公開了一種無線傳感器網絡的路由選擇方法及系統。所述方法包括：判斷當前輪數是奇數輪還是偶數輪，在奇數輪中無線傳感器網絡中的所有節點節選副簇首和主簇首，在偶數輪中，根據現有的簇群，主簇首和副簇首在簇群內選擇出，減小了節點因入簇選擇所消耗的能量，并且在副簇首節點和主簇首節點選擇過程中，由傳統的根據單一能量選取改為根據能量和節點位置選取，提高了選取的精度，并且采取雙簇首機制，提高了系統穩定性。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，特別涉及一種無線傳感器網絡的路由選擇方法及系統。

背景技術

無線傳感器網絡(WSNs，wireless sensor networks)是由部署在監測區域內的大量微型、低功耗的傳感器節點根據路由協議自組織形成的網絡。由于傳感器節點體積微小、處理能力與攜帶能量有限，研究合理高效的路由算法顯得極為重要。合理的路由算法能有效的延長網絡生命周期，提高網絡能量效率。路由算法可以根據拓撲結構的類型分為平面型與分簇型路由算法。相比于平面型算法，分簇型路由算法可拓展性強，網絡性能優異，更適用于大規模網絡。

分簇型路由算法中靠近基站的簇首同時執行接收、融合和傳輸數據任務，網絡負擔重，很容易因能量耗盡而失效。這一現象被稱為“能量熱區”問題。為解決這一問題，Soro等人經過研究，提出了非均勻分簇的思想。李成法等人提出了一種非均勻分簇算法EEUC(Energy-Efficient Uneven Clustering，EEUC)，對解決“能量熱區”問題十分有效。

EEUC算法是李成法等人為解決“能量熱區”問題而提出的一種非均勻分簇路由方案。該算法通過設立非均勻的競爭半徑公式，使靠近基站的簇規模變小，從而均衡網絡能量消耗，延長生命周期。整體算法分為簇首競爭階段和簇間多跳階段。算法實現原理如下：

(1)簇的競爭階段：

首先每個節點產生0到1的隨機數，當該隨機數小于預先設定的閾值，則該節點擔任簇首，同時若某一節點成功競選簇首，則在它競爭半徑內的所有待選節點退出競爭。競爭半徑公式如下式：

其中d_max與d_min分別為網絡中節點距離基站的最大、最小距離，d(s_i,BS)代表當前節點距離基站的距離，R_cmax為最大競爭半徑，c為待定系數，通過c的設定，可以使競爭半徑的取值在一定范圍內調節。

簇首節點確立后，便會向鄰居節點廣播入簇消息，非簇首節點收到此消息時，根據收到消息信號的強弱，選擇最強信號的簇首節點加入。

(2)簇間多跳階段：

在簇間多跳階段，簇首選擇使能量開銷指標最小的節點作為其中繼節點。能量開銷指標公式如下式：

E_relay＝d²(s_i,s_j)+d²(s_j,BS)

通過不斷的選取下一跳節點，最終將數據傳送給基站。

但是EEUC算法隨機選取簇首，沒有充分考慮節點的剩余能量和位置因素，很容易導致低能量節點當選簇首，從而加速網絡的死亡。在簇間多跳階段，僅以距離作為中繼節點的評價標準，很容易產生局部最優整體較差現象。

發明內容

本發明的目的是提供一種無線傳感器網絡的路由選擇方法及系統，為了提高無線傳感器網絡的持續時間和整體性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種無線傳感器網絡的路由選擇方法，所述方法包括如下步驟：