一种无线传感网络功耗智能分配方法及无线传感网络的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力无线传感网络技术领域，具体地，涉及一种无线传感网络功耗智 能分配方法及无线传感网络。
【背景技术】
[0002] 在电力应用中，无线传感网普遍采用分簇路由协议LEACH(Low化ergyAdaptive Clustering化erarchy，低功耗自适应集簇分层型协议），即网络中存在一个汇聚节点或骨 干节点，若干终端节点。终端节点通过多跳路径将信息汇聚到骨干节点。汇聚节点一般有 持续稳定电源供电，但是终端节点根据安装位置的不同，部分终端节点具备有源电源供电， 部分终端节点只能采用电池或太阳能等非持续电源供电，而且部分终端节点在电源耗尽后 难W更换新的电源（如安装在电力线路或电缆接头的节点）。因此，在制定路由策略时，一 方面需要考虑网络路由的低功耗，需要寻找整体功耗最小的路径，减少网络消耗的总能量； 另一方面需要考虑节点能源消耗因素，使能量较高的节点能够更频繁的参与网络数据的转 发，能量较低的节点尽量少的参与网络路由，延长网络寿命。
[0003] 现有技术中至少存在如下问题：
[0004] (1)传统的无线传感网路由策略通常按照功耗低、延迟小等评价指标寻找最优路 径，很少考虑能量消耗因素；部分网络W链路的最低功耗为评价指标、部分网络W最短路径 或最小跳数为评价指标，但是对节点的能量问题都考虑不足，最终因节点能量耗尽而导致 网络死亡。
[0005] (2)部分考虑能量消耗的路由协议采用能量均衡的路由机制，尽量让网络中所有 节点消耗的能量平均化，即让它们剩余的能量尽量一样多，从而使节点和网络寿命延长。该 类路由将网络中所有的节点都看成同等重要，避免能量较低的节点，优点是减少了低能量 节点的使用，网络能量达到均衡的效果，但是路径可能会"绕弯"，导致整个网络功耗又比较 大。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了克服现有技术中无线传感网现有路由策略对能量消耗考虑不足的 缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种无线传感网络功耗智能分配方法。
[0007] 本发明实施例提供一种无线传感网络功耗智能分配方法，包括：通过簇头节点选 举评价函数在待评价节点中选择簇头节点，所述簇头节点选举评价函数的影响因子包括所 述待评价节点的能量消耗；终端节点通过单跳连接到选择出的所述簇头节点；所述簇头节 点通过多跳路径连接到汇聚节点，所述多跳路径至少包括一条主路径和一条副路径。
[0008] 在上述技术方案中，所述簇头节点选举评价函数为：
[0009]
[0010] 其中，P表示节点当选为簇头节点的初始概率，R表示节点之前没有当选为簇头节 点的轮数，Ehit表示待评价节点的初始能量，E。表示待评价节点的剩余能量。
[0011] 在上述技术方案中，所述通过簇头节点选举评价函数在待评价节点中选择簇头节 点，包括；统计待评价节点的初始能量和剩余能量；根据所述簇头节点选举评价函数确定 阔值P' (n);随机产生0-1之间的随机数；判断所述阔值P' (n)是否大于所述随机数；当所 述阔值P' (n)大于所述随机数时，确定所述待评价节点为簇头节点。
[0012] 在上述技术方案中，所述簇头节点通过多跳路径连接到汇聚节点，所述多跳路径 至少包括一条主路径和一条副路径，包括：
[0013] 根据一阶无线通信能耗模型与潜在下一跳节点的剩余能量获取多跳路径，所述多 跳路径至少包括两条路径；一条主路径和一条副路径；
[0014] 当主路径节点负荷过重时，通过所述副路径节点连接到下一跳节点。
[0015] 本发明是为了克服现有技术中无线传感网现有路由策略对能量消耗考虑不足的 缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种无线传感网络。
[0016] 本发明实施例提供一种无线传感网络，包括：终端节点、簇头节点和汇聚节点；
[0017] 所述簇头节点通过簇头节点选举评价函数在待评价节点中选出，所述簇头节点选 举评价函数的影响因子包括所述待评价节点的能量消耗；
[0018] 所述终端节点通过单跳连接到选择出的所述簇头节点；
[0019] 所述簇头节点通过多跳路径连接到所述汇聚节点，所述多跳路径至少包括一条主 路径和一条副路径。
[0020] 在上述技术方案中，所述簇头节点选举评价函数为：
[0021]
[002引其中，P表示节点当选为簇头节点的初始概率，R表示节点之前没有当选为簇头节 点的轮数，Ehit表示待评价节点的初始能量，E。表示待评价节点的剩余能量。
[0023] 在上述技术方案中，所述簇头节点包括：
[0024] 路径确定模块，用于根据一阶无线通信能耗模型与潜在下一跳节点的剩余能量获 取多跳路径，所述多跳路径至少包括两条路径；一条主路径和一条副路径；
[0025] 路径切换模块，用于当主路径节点负荷过重时，通过所述副路径节点连接到下一 固巧点。
[0026] 本发明实施例提供的一种无线传感网络功耗智能分配方法，综合考虑节点能量消 耗与网络整体功耗两方面的因素，采用分区多跳的网络功耗智能分配方法。具体的，通过包 括待评价节点的能量消耗的簇头节点选举评价函数选举簇头节点，有效的避免将低能量级 的节点选举为簇头节点，延长整个网络的生存期。同时，通过单跳与多跳相结合的方式构建 路由，终端节点采用单跳工作模式直接连接簇头节点，不转发任何其他节点的数据，避免维 护其它节点路由，简化网络协议，降低节点的功耗；簇头节点之间采用多跳方式与汇聚节点 通信，多跳路径的选择综合考虑能量和距离因素，根据一阶无线通信能耗模型与潜在下一 跳节点的剩余能量为评价标准获取可通信的路径，考虑每一跳都选择两条路径：一条主路 径与一条副路径，副路径在主路径节点负荷过重时承担负载均衡的作用。
[0027] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、w及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0028] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0029] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0030] 图1为本发明实施例中无线传感网络功耗智能分配方法流程图；
[0031] 图2为本发明实施例中考虑能量效应的簇头选举流程图；
[0032] 图3为本发明实施例中簇头节点主副路径多跳路由图；
[0033] 图4为本发明实施例中无线传感网络的路由结构图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[00巧]根据本发明实施例，提供了一种无线传感网络功耗智能分配方法，参见图1所示， 包括：
[0036] 步骤101;通过簇头节点选举评价函数在待评价节点中选择簇头节点，簇头节点 选举评价函数的影响因子包括待评价节点的能量消耗。
[0037] 传统分簇路由策略没有考虑节点的剩余能量，该样可能将低能量级的节点选举为 簇头节点，由于簇头节点需要的能耗相对普通节点要大很多，因此低能量级的簇头节点会 因能量耗尽而死亡，影响网络的生存期。
[0038] 本发明实施例中，簇头节点选举评价函数的影响因子包括待评价节点的能量消 耗。具体的，该簇头节点选举评价函数为：
[0039]
[0040] 其中，P表示节点当选为簇头节点的初始概率，R表示节点之前没有当选为簇头节 点的轮数，Ehit表示待评价节点的初始能量，E。表示待评价节点的剩余能量。
[0041] 在本发明实施例中，采用考虑能量效应的簇头选举方法，避免在簇头选举节点将 低能量级的节点选举为簇头节点，影响网络生存周期。相应的簇头选举流程图参见图2所 示，具体包括：
[0042] 步骤201;新一轮选举簇头节点开始。
[0043] 步骤202;判断待评价节点是否当选过簇头节点，当当选过簇头节点时，继续步骤 208,否则继续步骤203。
[0044] 步骤203;统计待评价节点的初始能量与剩余