专利名称：一种异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络技术领域，具体涉及一种异构无线传感器网络中节点能耗均衡的方法。
背景技术：
无线传感器节点是由电池供电，特殊的工作环境(例如部署在原始森林、军事作战场地、海洋等等)及无线传感器网络巨大覆盖面积决定了传感器节点电池的不可更换性。由于无线传感网中部分节点的过早死亡会造成整个传感网络通信的瘫痪，因此，传感器节点的节能和能耗均衡是无线传感网有效工作的前提。
解决传感器节点能量问题是通过设计有效节能的路由协议来实现的。无线传感网路由协议分为所有路由属同一等级的平面路由和路由分为若干不同等级的分层路由。将网络中相邻的传感器节点组成一组(即“成簇”)，并选出一个节点作为这个组的首领(即“簇头”)，然后由这些若干组组成的传感器网络，也就是分层路由，可以有效地减少网络的能量消耗。许多能量高效的路由协议都是在“簇”结构的基础上进行设计的。
经典的LEACH协议，是第一个使用分层路由的协议，接着还有SEP协议、DEEC协议等等，它们在一定程度上改进了无线传感器网络的节能问题。
但是，这些协议都没有最大化网络的效益。首先，网络中每个节点都有机会担当簇头，使得所有的节点都应具备融合数据以及根据距离调整发射功率等能力，使得每个传感器节点硬件都很复杂。如果使用少量具有复杂硬件和更多能量的节点永远作为簇头，称为超级节点；多数传感器节点只具有感知和发送能力，称为普通节点，将减少网络中节点的硬件花费。其次，它们在通信中使用的都是单跳，即普通节点直接把采集的数据发送给簇头， 簇头收集到普通节点的数据进行融合后又直接发给基站，使得距离基站远的簇头将比距离簇头近的普通节点和距离基站近的簇头消耗更多的能量。相反，如果采用多跳通信方式，即通过相邻节点转发数据直到基站，就有距离基站近的簇头因为要转发更多的数据而存在更多的能量负载。因此网络中总是存在一种不均衡耗能的模式。
本发明针对传感器节点的这些限制，提出了一种异构网络中基于圆环域的单、多跳相结合的混合通信模式的方法，通过均衡网络的能量负载以整体达到增加网络的寿命的目的。发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡的方法，它能均衡传感器网络中所有节点的能耗，以达到延长传感器网络生命周期的目的。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括下列步骤
步骤1，监测区域的圆环域划分首先把传感网的监测区域看成是半径为R的圆域，基站在圆心位置。以基站为圆心把监测区域分为若干个圆环域。节点随机的分布在圆CN 102572996 A说明书2/6页域中，并假定传感器节点位置都是固定不变的，且节点和基站都提前知道自己的位置信息。 根据簇头节点到基站的距离把网络中簇头节点分为若干等级，基站是第0级(IevelO)；
步骤2，簇头路径选择使用单、多跳结合的通信方式。监测区域划分后，簇头节点都知道自己所属等级，然后每一个簇头节点在上一级中选出最近的簇头作为下一跳节点， 即其父节点，第一级簇头的父节点是基站，基站为最高级。单跳通信中，簇头融合收到的信息后直接发给基站，多跳通信中则由簇头经过其父节点一步步转发到基站；
步骤3，簇的建立延续了 LEACH协议中定义的“轮”的概念，只是每轮中不再对簇头进行选举，整个网络的生命周期内簇头是固定不变的，超级节点具有较高的能量一直担任簇头。簇的建立以达到最少的通信能耗为标准，簇头通过广播一数据包通知自己是簇头， 周围普通节点根据接收到的信号强度申请加入到不同的簇，簇头回复确认加入信息；
步骤4 数据传输阶段通信方式的选择在稳定数据传输阶段，普通节点采集有效信息直接传送到簇头，簇头采用单、多跳结合方式将数据转发到基站。
所述步骤1中，监测区域面积为S,节点数为n，簇头比例P，簇头节点的密度为入” 因此每个簇头节点平均传输半径为T1
权利要求
1.一种异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法，其特征在于，包括下列步骤步骤1，监测区域的圆环域划分首先把传感网的监测区域看成是半径为R的圆域，基站在圆心位置。以基站为圆心把监测区域分为若干个圆环域。并根据簇头节点位置把网络中簇头节点分为若干等级，基站是第0级(IevelO)；步骤2，簇头路径选择使用单、多跳结合的通信方式。监测区域划分后，簇头节点都知道自己所属等级，然后每一个簇头节点在上一级中选出最近的簇头作为下一跳节点，即其父节点，第一级簇头的父节点是基站，基站为最高级。单跳通信中，簇头融合收到的信息后直接发给基站，多跳通信中则由簇头经过其父节点一步步转发到基站；步骤3，簇的建立延续了 LEACH协议中定义的“轮”的概念，只是每轮中不再对簇头进行选举，整个网络的生命周期内簇头是固定不变的，超级节点具有较高的能量一直担任簇头。簇的建立以达到最少的通信能耗为标准，簇头通过广播一数据包通知自己是簇头，周围普通节点根据接收到的信号强度申请加入到不同的簇，簇头回复确认加入信息；步骤4，数据传输阶段通信方式的选择在稳定数据传输阶段，普通节点采集有效信息直接传送到簇头，簇头采用单、多跳结合方式将数据转发到基站。
2.根据权利要求1所述的异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法，其特征在于步骤1中，将监测区域根据通信半径划分成若干个等宽的圆环域，根据簇头到基站的距离分成与圆环域对应的等级，离基站越近等级越高。
3.根据权利要求1所述的异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法，其特征在于，步骤2中，路径的选择以单跳比例为η，多跳比例为1-η进行数据传输，η由下式确定
4.根据权利要求3所述的异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法，其特征在于单跳通信频率η是根据第一级簇头和最后级簇头消耗能量相等得到的，即P。H(1，n)=Pch(m，η)，m是簇头的最后级。
5.根据权利要求1，2，3所述的异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法，其特征在于步骤4中，每 ο轮为一周期，一周期中从第一轮到第 ο n-ι轮使用单跳通信方式，第ion轮到第10轮使用多跳通信方式，然后进入下一个新的周期。
全文摘要
本发明公开一种异构传感网中基于圆环域的节点能耗均衡方法。它包括通过对监测区域进行圆环的划分来确定簇头等级，传感网内部署两种不同硬件配置的传感器节点，簇头采用最优单、多跳比例的通信方式。本发明利用传感器节点能耗模型，根据发射不同距离数据包时能量消耗增长速度的不同，并结合单、多跳通信方式的弊益，得到簇头混合通信方式中与监测区域半径相关的单、多跳最优比例，均衡了节点的负载，有效的延长了无线传感器网络的生命周期。
文档编号H04W40/10GK102572996SQ20121004413
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者江禹生, 管芳 申请人:重庆大学