[发明专利]一种无线传感器网络分级能耗平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络能耗平衡方法，具体来说是涉及一种无线传感器网络分级能耗平衡方法。

背景技术

无线传感器网络通常部署在人们难以接近的危险区域，电池替换十分不便，优化网络能耗进而延长网络寿命已成为无线传感器网络商用的关键技术。无线传感器网络的能耗优化不但与单节点和全网的能耗降低有关，而且在很大程度上取决于能耗在全网分布的平衡程度。因此在无线传感器网络中采用高效的能耗平衡方法势在必行。

目前无线传感器网络能耗平衡方法主要包括：局部能耗平衡方法和全局能耗平衡方法。其中局部能耗平衡方法主要采用自适应功率控制和类首领轮换等技术实现某一路径或者区域内各节点之间的能耗平衡。全局能耗平衡方法主要采用多径传输和不平等聚类等技术实现不同路径或者区域之间的能耗平衡。

显然，上述现有技术存在许多不足，具体来讲，局部能耗平衡方法仅能减少某一路径或者区域内各节点之间的能耗差异，无法实现重负荷和轻负荷路径或区域之间的能耗平衡，可能导致某一路径或者区域过热，节点提前死亡，从而缩短网络寿命。而全局能耗平衡方法，虽能有效降低不同路径或者区域之间的能耗差异，但由于没有考虑路径或者区域内各节点之间的能耗平衡，可能导致某些节点因过热而死亡，同样缩短了网络寿命。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供以网络寿命为指标同时兼顾局部和全局能耗平衡的一种无线传感器网络分级能耗平衡方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是它包括如下步骤：

a)将感知相关的所有传感器节点组织成一个类，并建立类内传输路径；

b)实现类内各节点能耗平衡；

c)建立每个类与其邻居类之间的路径；

d)基站以某一类首领为源节点从其多条传输路径中选择寿命最长的路径作为该类的最佳传输路径，从而实现了基于多径的类间能耗平衡。

所述的步骤a)中，感知相关的所有传感器节点是指所有能够检测到某一事件的传感器节点，这些传感器节点具有感知数据的空间相关性和感知与转发操作的时间相关性。

所述的步骤a)中，类内传输路径通过如下方式建立，选举与类内所有其他节点平均距离较小的中心节点为类首领，类内其他节点沿检测值增大的方向建立指向类首领的路径。

所述的步骤b)包含如下步骤：

b1)采用逐跳转发和直接转发相结合的混合传输模式，降低同一类内传输路径上不同节点的能耗不平衡；

b2)当相邻传输路径存在较大的能耗差异时，使高能耗路径中的多亲子节点通过可选输入链路输出部分数据到低能耗路径；

b3)靠近类首领的节点通过采用逐跳转发和直接转发相结合的混合传输模式实现其与类首领的能耗平衡。

所述的步骤c)中，类间路径采用弧线形以切割更多的类内径向路径，从而将类间路径的能耗分摊到各条类内路径。

所述的步骤d)中，路径寿命是指该路径包含的所有节点残余能量的最小值。

本发明具有的有益效果是：

本发明提出了一种通过逐跳转发和直接转发相结合的混合传输模式以及相邻路径间的数据转发，降低类内节点间能耗差异；通过在多条类间路径中选择高残余能量路径实现类间能耗平衡的无线传感器网络能耗平衡方法。这种能耗平衡方法同时考虑了区域内的局部能耗平衡和区域间的全局能耗平衡，其与局部能耗平衡方法相比，能有效地降低重负荷区域的能耗，减少热点区域对网络寿命的影响；与全局能耗平衡方法相比，能有效地减少区域内不同节点之间的能耗差异，防止部分节点由于过热提前死亡而缩短网络寿命。本发明通过采用逐跳转发和直接转发相结合的混合传输、相邻路径间的数据转发以及在多条类间路径中选择高残余能量路径等技术，有效地减轻了重负荷节点和区域的能耗，减少部分节点和区域由于过热提前死亡而导致的网络断裂现象，从而延长了网络寿命，具有很好的可用性和实用性。

附图说明

图1是本发明所述无线传感器网络分级能耗平衡方法流程图。

图2是本发明实施例中基于感知相关性的聚类和类内传输路径示意图。

图3是基于感知相关性的多个类和类间路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本实施例应用于无线传感器网络的传感器节点和基站，以网络寿命为指标同时实现局部和全局能耗平衡的分级能耗平衡方法。如图1所示，其具体包含如下步骤：

第一、将感知相关的所有传感器节点组织成一个类，并建立类内传输路径。