[发明专利]一种采用分层的无线传感网路由方法

说明书

技术领域

 本发明涉及无线传感器网络路由算法，具体涉及一种采用分层的无线传感网路由方法。

背景技术

在对此方法的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：WSN(Wireless Sensor Network)是一种无基础设施的网络，它由一组传感器节点以自组织方式构成，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息，并对这些数据进行处理，获得详尽准确的信息，最终将这些信息传送给需要的用户。近年来，WSN路由协议的研究一直是无线传感器网络研究的热点。

与平面路由协议相对应，分层路由协议主要是为了解决网络的可扩展性和路由的效率而提出来的。分层路由协议中节点被分成不同的层次，层次低的节点从属于层次高的节点。低层次的节点把自己的数据传送给高层次的节点，由高层次的节点完成数据的汇聚后再把数据转发给sink节点。路由的选择是由高层次的节点完成的。分层路由协议一般分成两个部分，第一个部分是层次划分阶段，第二个部分是数据传输阶段。

LEACH路由协议是较早提出来的分层协议，该协议的运作流程是将整个生命周期分为一轮一轮，每轮分为簇的建立和数据传输两个阶段，数据传输阶段要比簇的建立阶段所需的时间长，以减少簇的建立所需的能量消耗。在簇的建立阶段，节点产生一个随机数，并将该数与阈值比较，该阈值为

其中G是近1/p轮中没有当选为簇头节点的集合，r为当前轮数，p为最佳簇头概率。若随机数比阈值小，则成为簇头节点并以一定功率广播成为簇头节点的信息，否则成为普通节点。在数据传输阶段，普通节点先将数据传送给簇头节点，簇头节点在进行数据融合之后，直接将数据传送给sink节点。Leach算法有点能均衡节点能量的消耗，延长网络的生命周期；缺点一是节点在竞争成为簇头节点是没有考虑到节点自身的能量，若节点能量不够本轮消耗的节点成为簇头则无法维持本轮所需消耗，该簇在本次信息传输时将成为盲区，缺点二是簇头节点直接传送数据给sink节点，若簇头节点与sink节点之间的距离较大，需采用多径传输模型时，则需消耗较多的能量来传输数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用分层的无线传感网路由方法，能够有效的均衡网络中所有节点的能量消耗，延长网络的生存时间，并减少信号的传输延时。

本发明的技术方案是，根据LEACH算法，在簇头选取阶段先保证了该节点能够支持一轮信息传输的情况下，在参与簇头节点的竞争。为降低距离较远的簇头节点直接传送数据给sink节点所消耗的大量能量，本发明采取了多跳的传送方式，并确保了下一跳的转发节点能够有足够的能量即能支持自己簇内的信息传输，也能支持转发信息所消耗的能量。具体步骤如下：

1)  节点确定自己与sink节点的距离；

2)  节点估算自己的能量能不能当选簇头；

3)  能参与簇头竞争的节点参与簇头竞争，不能的则直接成为普通节点；

4)  簇头之间通过信息交互的方式确定下一跳转发节点；

5)  非簇头节点加入簇；

6)  簇头根据收到加入簇的节点个数，安排时隙给加入本簇的节点；

7)  数据传输；

8)  重复步骤2至步骤7，直至所有节点能量耗尽。

上述步骤1中，节点首先确定自己与sink节点的距离的步骤是：(a)节点一旦部署，就不再改变其位置，sink节点以最大功率广播位置信息，以使得所有节点都收到其广播信息，广播信息里包含了sink节点的位置信息和以sink节点圆心的一系列的同心圆，以sink节点的同心圆的最外层为第一层同心圆，最外层旁边的为第二层同心圆，以此类推；(b)传感器节点收到广播信息之后，确定其与sink节点的距离，并确定其在以sink为圆心的同心圆的层数；(c)节点在确定其与sink节点的距离之后，将该距离进行保存。

上述步骤2中，节点估算自己的能量能不能当选簇头的步骤是：(a)节点首先估算成为簇头节点之后，维持一轮所需消耗的能量，在此簇内成员个数估算方法是，存活节点总数与最佳簇头个数的商，其中最佳簇头个数为存活节点总数与最佳簇头概率相乘的值；(b)节点所剩能量比步骤(a)里所估算的需消耗的能量多，则可参与簇头竞选。

上述步骤3中，节点参与簇头竞争的步骤是：(a)可参与簇头竞选的节点产生随机数；(b)节点将产生的随机数与一个阈值相比较，该阈值为