[發(fā)明專利]一種非均勻路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110843935.6
• 申請(qǐng)日: 2021-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN113543264B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 漆華妹;林楚斌;江蘇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/20
• 分類號(hào): H04W40/20;H04W40/32;H04W84/18
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 朱繪

本發(fā)明提供了一種非均勻路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法，該方法利用設(shè)定的先驗(yàn)知識(shí)初始化網(wǎng)絡(luò)，然后統(tǒng)合節(jié)點(diǎn)能量和節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置因素，利用設(shè)定的適應(yīng)度函數(shù)考察策略和局部搜索更新策略選取各個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步通過考慮通信簇群成員數(shù)量和簇首節(jié)點(diǎn)Sink節(jié)點(diǎn)相對(duì)距離約束的簇間混合多跳路由算法建立最優(yōu)簇間路由。采用本發(fā)明的方案，在保障初始分簇可靠性的基礎(chǔ)上，確保實(shí)際適應(yīng)度最好的候選節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇首節(jié)點(diǎn)，并得益于簇群成員數(shù)量和簇首節(jié)點(diǎn)Sink節(jié)點(diǎn)相對(duì)距離的約束控制，充分發(fā)揮成員節(jié)點(diǎn)較少的簇首用于進(jìn)行簇間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的能耗優(yōu)勢(shì)，且改善了簇首節(jié)點(diǎn)若離基站較遠(yuǎn)依舊有可能直接發(fā)給基站的問題，有效延長網(wǎng)絡(luò)壽命，降低網(wǎng)絡(luò)丟包率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非均勻路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多跳、自組織網(wǎng)絡(luò)，通過分布在不同監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)可采集溫濕度等多種有用數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后，傳遞給匯聚節(jié)點(diǎn)，供用戶研究分析。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有價(jià)格低廉，可快速部署，規(guī)模大等特點(diǎn)，因而在環(huán)境檢測(cè)、智能家居、軍事國防等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

自組織網(wǎng)絡(luò)路由面臨的主要挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)的保存在節(jié)點(diǎn)中的分布式路由數(shù)據(jù)庫如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化。自組織網(wǎng)絡(luò)中多跳路由通常是由普通節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成的，而不是由專用的路由設(shè)備完成，因此，其路由協(xié)議的性能和質(zhì)量直接對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)雖廣泛應(yīng)用于物理或環(huán)境監(jiān)測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域，但也暴露了許多問題。相較于其他傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，WSNs是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織的構(gòu)成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)物理環(huán)境中的數(shù)據(jù)，尤其是應(yīng)用于惡劣或特殊的人們無法接近的環(huán)境。由于傳感器節(jié)點(diǎn)自身的運(yùn)算、通信能力及能量都很弱，能量問題會(huì)限制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及發(fā)展，因此，在無線多傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，如何延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，減少能量空洞，控制網(wǎng)絡(luò)“熱區(qū)”問題，成為重點(diǎn)關(guān)注的研究方向。

傳感器節(jié)點(diǎn)的分簇路由協(xié)議中分成不同層次的簇，采集的數(shù)據(jù)是通過簇內(nèi)一般節(jié)點(diǎn)傳遞到簇首，并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的融合處理，然后將經(jīng)過處理過的數(shù)據(jù)再次廣播，目前具有代表性的路由協(xié)議有LEACH、DEBUC、EEUC等協(xié)議，另外的，現(xiàn)有技術(shù)中也存在結(jié)合能量消耗考慮針對(duì)非均勻分簇路由協(xié)議的優(yōu)化研究方案，其中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非均勻分簇后，簇間則采用混合多跳路由算法傳輸數(shù)據(jù)。其中，在簇間數(shù)據(jù)傳輸階段，將簇首節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)的距離、簇首剩余能量因素作為選擇下一跳簇首的計(jì)算約束參量，以使所選簇首滿足一定的能量要求，但是針對(duì)不同的簇，實(shí)現(xiàn)簇間通信時(shí)，僅依靠簇首剩余能量無法精確保障下一跳簇首在整體通信進(jìn)程中的消耗最優(yōu)，且其僅考慮簇首節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)的距離和Sink節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)因素，會(huì)存在簇首節(jié)點(diǎn)如果離基站較遠(yuǎn)依舊有可能直接發(fā)給基站的問題，影響網(wǎng)絡(luò)的通信性能。

公開于本發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成己為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種非均勻路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法，該方法通過改善循環(huán)確定簇首的手段以及優(yōu)化建立簇間通信路由的策略，提升非均勻分簇網(wǎng)絡(luò)理由的效率、性能和可靠性。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括：

步驟S1、獲取設(shè)定時(shí)間的節(jié)點(diǎn)分布數(shù)據(jù)作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，并基于先驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)概率指數(shù)；

步驟S2、基于先驗(yàn)概率指數(shù)接近的節(jié)點(diǎn)同簇的原則進(jìn)行非均勻網(wǎng)絡(luò)劃分，建立不同的節(jié)點(diǎn)簇；

步驟S3、統(tǒng)合節(jié)點(diǎn)能量和節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置因素，利用設(shè)定的適應(yīng)度函數(shù)考察策略和局部搜索更新策略選取本輪的簇首節(jié)點(diǎn)；

步驟S4、重復(fù)執(zhí)行步驟S3直至所有節(jié)點(diǎn)簇的簇首選取完成，其他節(jié)點(diǎn)作為成員節(jié)點(diǎn)，完成分簇；