专利名称：基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法
技术领域：
本发明涉及一种无线传感器网络路由协议，尤其涉及一种基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法，属于无线传感器网络技术领域。
背景技术：
随着微机电系统(MEMS)技术、无线通信技术和数字电子技术的高速发展，无线传感器网络在世界范围内引起了广泛关注。无线传感器网络是由一组传感器以自组织方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。无线传感器网络可广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、城市交通等领域。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐步深入到人类生活的各个领域。无线传感器网络通常是一种无基础设施的自组织网络，传感器节点使用电池供电，而且部署区域往往无人值守，容易因能量耗尽而失效，最终导致整个网络瘫痪。同时，区别于其他无线网络，如移动ad hoc网络和蜂窝网，它们没有能量方面约束，只专注于QoS(服务质量)研究，而无线传感器网络的特点决定了整个网络被能量所限制。因此，一种适用于无线传感器网络的路由方法可以很大程度上改善无线传感器网络的性能和寿命。基于分簇的路由协议是目前研究人员比较关注的一类无线传感器网络路由协议。典型的分簇路由协议有LEACH、HEED、EEUC等。其中HEED协议是在LEACH协议的簇头分布不均这一问题基础上而作出的改进。它以最小平均可达功率AMRP作为衡量簇内通信成本的标准。节点以不同的成为簇头的概率发送竞争消息。簇头竞选成功后，其他节点根据在竞争阶段收集到的信息选择加入的簇。HEED协议能产生分布均匀的簇头，全网能耗更加均衡。 申请号为CN 201110131502.4的中国专利文献公开了一种高能效的无线传感器网络非均匀分簇路由方法，其特点是通过将模糊逻辑系统用于最优簇首的选择及簇大小的估计，最终组建大小不一的簇，但是该方法处理复杂，且输入模糊变量对簇大小影响程度未体现，不能选择最佳簇半径。申请号为CN 200810070376.4的中国专利文献公开了一种基于能量均衡的集群无线传感器网络非均匀分簇方法，其特点是将无线传感器网络划分为非均匀的环带，建立簇头能耗求解方程，优化环半径向量，从而确定簇的大小，但是该方法仅适用于汇聚节点处于无线传感器网络中心区域的情况，并且该方法计算复杂。申请号为CN201210166856.7的中国专利文献公开了一种WSN分布式非均匀分簇方法，其特点是在平衡全网能量的基础上选择出候选簇首，并通过自适应校正竞争半径进行非均匀分簇，最后节点根据基于能量和距离的能耗函数选择最佳簇加入，但是该方法通过选择一随机数选择候选簇头，容易造成候选簇头过多或过少，最后导致簇头节点选择过多或过少，影响整个网络能耗。申请号为CN 200810035214.7的中国专利文献公开了一种基于不均匀分簇无线传感器网络拓扑控制方法，在拓扑生成阶段中，成簇过程中引入了一种非均匀最小均方减法聚类分簇机制来降低簇内节点的能耗，其簇半径的选择仅考虑距离，没有考虑簇头节点的能量，易导致能耗不均衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法，克服现有技术的不足，能有效平衡整个系统的能耗，延长网络存活时间，以使无线传感器网络得到广泛有效应用。本发明的目的通过以下技术方案予以实现:一种基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法，无线传感器网络包括若干各自独立的簇和汇聚节点；所述簇包括一个簇头节点和若干个普通节点，其特征在于，该方法包含下列步骤:I)初始化阶段步骤SlOl:设置网络场景，在网络环境内，随机部署N个具有相同初始能量、ID编号从O N-1的普通节点；汇聚节点部署在网络四周的某一处，各普通节点可直接和汇聚节点通信，汇聚节点能量无限大且可以处理数据；步骤S102:网络初始化，汇聚节点广播一个hello消息给网络中的所有普通节点，每个普通节点在接收到hello消息后根据接收信号强度指示估算出其与汇聚节点的距离d(i, BS);同时每个普通节点广播消息一次，某个普通节点广播范围内的其他普通节点为其邻节点，计算各普通节点到其邻节点的最小平均可达功率AMRP ;最小平均可达功率AMRP用该普通节点收到的邻节点的平均信号强度来表示:
权利要求
1.一种基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法，无线传感器网络包括若干各自独立的簇和汇聚节点；所述簇包括一个簇头节点和若干个普通节点，其特征在于，该方法包含下列步骤: 1)初始化阶段 步骤SlOl:设置网络场景，在网络环境内，随机部署N个具有相同初始能量、ID编号从O N-1的普通节点；汇聚节点部署在网络四周的某一处，各普通节点可直接和汇聚节点通信，汇聚节点能量无限大且可以处理数据； 步骤S102:网络初始化，汇聚节点广播一个hello消息给网络中的所有普通节点，每个普通节点在接收到hello消息后根据接收信号强度指示估算出其与汇聚节点的距离d(i, BS);同时每个普通节点广播消息一次，某个普通节点广播范围内的其他普通节点为其邻节点，计算各普通节点到其邻节点的最小平均可达功率AMRP ;最小平均可达功率AMRP用该普通节点收到的邻节点的平均信号强度来表示:
全文摘要
本发明公开了一种基于非均匀分簇的无线传感器网络能耗均衡路由方法，无线传感器网络包括若干各自独立的簇和汇聚节点；所述簇包括一个簇头节点和若干个普通节点，本发明簇头分簇半径Ri随着簇头距离汇聚节点的距离d和节点成为簇头的概率CHprob呈递增关系。对于孤立节点加入其通信半径内距离最近的节点所属簇内，若其通信半径内无节点，则孤立节点单独成簇。在数据传输阶段，采用簇内单跳和簇间多跳数据传输方式，每个簇头节点需要从相邻簇的簇头节点中选择一个簇头节点作为其中继节点，转发数据到汇聚节点。本发明实现了簇间和簇内能耗的均衡，使得网络的生命周期延长。
文档编号H04W28/08GK103249108SQ20131013965
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者解志斌, 于谦, 仲伟波, 沈斌 申请人:江苏科技大学