[发明专利]基于能耗均衡策略的无线传感器网络路由调度方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体涉及一种无线传感器网络的路由调度方法。

背景技术

无线传感器网络集成了传感器技术、嵌入式技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术，是一种全新的信息获取和处理技术，广泛应用于环境保护、农业、工业、家庭自动化及公共事业等领域。在无线传感器网络中，网络节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议应尽可能地考虑能耗均衡策略，以有效地延长网络生存周期。常见的能耗均衡路由都采用分簇方法，例如Leach法等。其基本思想是把网络划分成互不重叠的若干部分(簇)，使得数据通信形成簇内通信和簇间通信的不同层次，每个簇选出一个节点负责簇的管理，并形成全网的骨架，周期性动态成簇，随机产生簇头，使得各节点等概率地担任簇头，使得网络中的节点相对均衡地消耗能量，延长网络生存周期。此外，现有的无线传感器网络能量感知路由协议还有最大节点能量路由、最小能量消耗路由、最小跳数路由、最大可用能量路由，以及Shah R，Rabacy J等人提出的能量察觉路由算法。

上述的能耗均衡路由方法主要针对的是以数据为中心的无线传感器网络，而不适用于集中式的确定性无线传感器网络。集中式的确定性无线传感器网络是一种基于TDMA的MESH无线传感器网络结构，网络通信链路和资源由系统管理器统一调度和管理，系统管理器为网络节点分配通信链路、通信时隙、通信信道等，网络节点在固定的时隙使用固定的链路进行通信。这种无线传感器网络具有实时、确定、可靠等优点，故而可适用于工业无线监控领域以及其他网络节点相对固定的无线传感器网络应用领域。目前针对这类无线传感器网络的路由协议研究基本没有涉及能耗均衡策略的全局性路由调度方法。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和空白，本发明所要解决的技术问题在于提供一种针对集中式无线传感器网络，基于全局能耗均衡策略的全网路由调度方法，该方法既兼顾跳数最小原则又兼顾能耗均衡原则，通过对路由路径的调度实现无线传感器网络能耗的全局性均衡，有效地延长网络寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：系统管理器获得每个设备的相关信息，并依据这些相关信息分别建立链路表、路径表、时隙数表、以及剩余电量表。链路表C_N×L存储网络设备间链路信息，路径表P_L×G存储系统管理器为设备分配的路径信息，时隙数表β_G×G存储每条路由路径单位时间内占用的时隙数，剩余电量表Pow_N存储每个设备的剩余电量信息。系统管理器会随着设备信息的周期性更新，实时更新这些数据表。

系统管理器是无线传感器网络的核心，它负责管理和协调网络中每个设备。系统管理器获取无线传感器网络中设备的相关信息，包括，网络中的链路信息、网络中设备通信所使用的路径信息、通信周期数、设备的剩余电量值，由此分别建立链路表C_N×L、路径表P_L×G、时隙数表β_G×G、剩余电量表Pow_N。根据路径表和时隙数表建立每条链路在每条路径上平均单位时间内占用的时隙数矩阵T，得到每条链路在单位时间内总共消耗的时隙数矩阵Tl_L；算法模块调用公式：Dp_N＝C_N×L·Tl_L计算网络中设备单位时间的能耗因子Dp_N。然后根据能耗因子Dp_N和设备剩余电量Pow_N确定各个设备的能耗均衡因子Pb_N，将能耗均衡因子Pb_N作为加权因子，使用最短路径路由算法，从源节点依次查找加权因子之和最小的下一个节点，最终到达目的节点，得出该无线传感器网络的最优路由路径。

本发明能够保证系统管理器为网络中的所有设备分配一条均衡能耗的最短路由路径，平衡全局网络节点间的消耗，避免了出现由于节点过早失效而整个网络被分割成若干个互不相连的孤岛的情况，延长了整个传感器网络的生存时间，并且本方法较为简单、易于实现，可用于集中式无线传感器网络的应用场合，具有较好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1：基于能量均衡策略的路由路径建立流程示意图

图2：实施例使用的网络示意图

图3：实施例中寻找能耗均衡策略最优的路由路径的各步骤示意图

具体实施方式

本发明的具体实施方案如下：

首先，假定无线传感器网络满足如下几点要求：