[發明專利]基于可充電多基站式無線異構傳感器網絡的分層路由算法

有效

• 申請號: 202010521696.8
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN112469100B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 劉貴云;陳翰宇;鐘曉靜;李致富
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/32;H04W52/46;H04W84/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了一種基于可充電多基站式無線異構傳感器網絡的分層路由算法，包括在多基站部署階段，對基站的位置進行部署和優化；在簇的建立階段，采用動態的分簇方式，通過節點剩余能量、與基站的距離這些信息計算閾值來推選簇頭和自動調節分簇；在簇間路由發現階段，尋找簇間多跳路由；在簇間路由選擇階段，根據路徑最小節點剩余能量、節點到基站的跳數和路徑總能耗這些因素選出最優路由路徑；在采集數據傳輸階段，簇頭通過最優路由路徑向基站傳輸數據，經過若干個周期之后，全網重新建簇，再進行簇間路由發現和簇間路由選擇，如此周期性循環，直到整個傳感器網絡能量耗盡。本發明能夠更好地平衡網絡能耗和延長網絡生命周期，有效解決熱區問題。

技術領域

本發明涉及多基站式無線傳感器網絡技術領域，特別涉及一種基于可充電多基站式無線異構傳感器網絡的分層路由算法。

背景技術

無線傳感器網絡節點在能源供應、計算和通信方面的能力有限，在部署節點和設計各種路由協議時應考慮到各種資源的有效利用。傳感器節點采集環境數據并傳送至基站節點，基站接收所有傳感器節點的數據并將其傳送至最終用戶。在傳統的單基站的無線傳感器網絡中，最典型的路由協議是由Heinzelman等人提出的LEACH(Low Energy AdaptiveClustering Hierarchy)算法，它將整體網絡劃分為若干個簇，每個簇隨機推選一個簇頭，對簇內節點的數據進行匯聚并通過單挑或多跳的方式轉發至基站。但是成簇的聚類效果不好，導致網絡能耗不均。Bakaraniya等人提出了基于K-means分簇的K_LEACH(K_medoids-LEACH protocol)算法，初始階段通過K-means進行分簇，提高了網絡性能，但是簇頭的推選未有考慮節點的剩余能量。傳統的單基站式無線傳感器網絡中還存在許多問題，比如基站附近或者在關鍵路徑上的節點能耗過高，能量會更快地耗盡，因為他們需要傳遞大量的信息；整體網絡的能耗不平衡，產生“熱區問題”；單基站節點的故障會引起整個無線傳感器網絡的通信中斷等等，因此多基站式無線傳感器網絡應運而生。

多基站式無線傳感器網絡系統包括多個基站(Sink節點)、管理節點和傳感器節點，若干個傳感器節點通過其傳感器，在監測區域內完成數據的采集和傳輸；多個基站節點主要負責接收傳感器采集到的數據和信息，經過一定的數據融合后傳輸到管理節點；管理節點收集、處理數據后，通過Internet把數據傳輸到用戶終端。相比傳統的單基站無線傳感器網絡，多基站無線傳感器網絡能夠有效解決，基站附近的傳感器節點由于大量轉發其他節點的數據包而造成的“能量空洞”問題。然而在無線傳感器網絡中，部署多個基站的成本比較高，而且基站的數量、位置以及部署策略也會對無線傳感器網絡的拓撲控制、通信協議產生影響，這些因素會直接影響著整個網絡的壽命。