一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法与流程

文档序号:12380225阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,该方法包括如下关键步骤:

步骤一:等级区域划分

将WSN监测区域以汇聚节点为中心,以n*R(n=1,2,…)为半径,划分为多个不同的环状区域,并将同一环状区域的传感器节点标定为同一等级;

步骤二:确定最优簇数

WSN监测区域进行等级区域划分后,首先对离汇聚节点最近的第1等级区域采用区域簇头选取概率和总能量消耗最小化原则计算最优分簇个数,然后根据区域间总能量消耗均衡原理确定其他等级区域的最优簇数;

步骤三:确定簇域

WSN中每个等级区域的最优簇数确定后,需要结合改进的LEACH和PEGASIS算法形成具体簇域;

步骤四:数据采集和融合

每个等级区域中的各个簇内的簇头节点在簇域形成后,会依据TDMA方式为簇内成员节点分配时隙,开始时簇内成员节点均处于休眠状态,当节点的时间槽到来时节点会被激活,非链式结构的簇内成员节点采集数据并单跳发送至簇首,而链式结构的簇内节点采集数据后需沿链传输至簇首,之后簇首对接收到的数据进行融合,并传输融合后的数据至汇聚节点;

步骤五:数据传输

WSN中的数据传输,也称作路由通信,即除第1等级区域外,在其它区域的簇头节点融合的数据需要通过最优路由路径由外向内转发至汇聚节点,其中最优路由路径的选取采用协作式传输技术的多跳路由通信方法进行,而第1等级区域的簇头节点融合的数据采用单跳路由直接传输至汇聚节点,每完成一个任务循环,需返回步骤三继续向下重复进行操作,至此即完成了一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法。

2.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述WSN的监测区域可以是矩形或圆形区域,且该区域是可以适度扩展的,其Sink节点位于监测区域附近。

3.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述WSN的每个区域是可以确定最优分簇个数的,且每个区域各不相同,随离Sink节点的距离增加而逐渐变少。

4.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述步骤三中的WSN分簇过程不会跨越等级区域进行,且各个区域只进行簇内调整时可以同步进行,而其他情况下各个区域分簇过程是在不同时刻进行的,即一个区域进行分簇时,其它区域的节点休眠。

5.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述WSN各个等级区域中的簇规模大小是比较均匀的,而区域间簇大小是非均匀的。

6.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述步骤三中的计算各个簇的比例系数和分散系数,可以用于确定离Sink节点较远区域且簇内节点较分散的簇形成PEGASIS链式结构,以便降低这些区域中簇内节点的能量消耗。

7.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述步骤四WSN某些区域链式结构簇内的成员节点需采集数据沿链传输至簇头节点,且只需在簇头节点进行数据融合。

8.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述步骤五的WSN数据传输采用协作式传输技术的多跳路由通信方法进行,其第1等级区域的簇头节点需把自身融合的数据和由其他区域转发过来的数据直接传输至汇聚节点,而其他区域中的簇头节点需依据该方法选取最优路由路径传输融合数据至汇聚节点。

9.根据权利要求1所述的一种WSN中基于等级区域划分的协作式分簇路由通信方法,其特征在于,所述步骤三中WSN采用轮询方式进行分簇,其具体分簇过程为:

(1)第一轮分簇依据传统的LEACH算法进行随机选举簇头,其中在基本簇域形成后,需要计算每个区域中各个簇的比例系数和分散系数,以便确定离Sink节点较远区域的簇内节点的离散程度,并据此决定是否对相应区域中的簇内节点采取PEGASIS算法形成链式结构;

(2)后续轮分簇只进行簇内调整,簇内节点保持不变,其中,每个区域中非链式结构的簇需依据阈值T1(n)进行选举新簇头,而较远区域中链式结构的簇需选取离Sink节点较近且剩余能量较高的节点担任簇头,并形成新的PEGASIS链式结构;

(3)若干轮分簇后,如果某个簇内平均剩余能量小于节点初始能量的20%,则此区域需重新计算最优簇数并分簇,依据阈值T2(n)选举新簇头,其中对某些区域的簇内节点需重新考虑采用PEGASIS算法形成链式结构;

(4)每轮选举簇头节点结束后,除只进行簇内调整外,其它情况下普通节点需依据RSSI(接收信号强度)计算出离相应簇头节点的距离,然后选择数据传输能耗最小的簇头节点加入,并形成具体簇域。

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