[发明专利]无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法

权利要求书

1. 一种无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）所有节点按周期T₁发送路由广播报文，将节点自身的路由信息发送给邻居节点；

（2）节点根据接收到的路由广播报文，更新自身的邻居节点列表；

（3）节点根据邻居节点列表内容，对候选父节点列表中各父节点进行信道质量（Channel Quality，CQ）监控和节点性能（Node Capability，NC）评估；

（4）每隔周期T₂，节点根据邻居节点列表计算网络不均衡度（Network UnBalanced，NUB），根据信道质量CQ值和节点性能NC值计算链路可靠性（Link Reliability，LR）；并且基于父节点的不均衡度NUB和链路可靠性LR计算其对应的综合路由尺度（Route Scale，RS），其中T₂<T₁；

（5）节点需要发送数据时，根据候选父节点列表中各父节点的综合路由尺度动态选择最佳路由；当父节点频繁切换时，重复步骤（1）至步骤（5）实现网络路由信息的周期性更新。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步骤（1）中使用的路由信息报文格为<节点号ID，路由更新次数C，节点到Sink节点的跳数HOP，网络不均衡度NUB>。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤（1）中无线传感网络初始化时，所有节点C=0、NUB=1，Sink节点的HOP=0，其余节点HOP值为无穷大。

4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤（2）中更新自身的邻居节点列表步骤是根据报文中HOP和本地路由表HOP值的大小比较结果来进行的；如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（2）中节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和，其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1，整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点的NUB值之和。

6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（3）中候选父节点列表中每一个候选父节点按式（I）计算它的CQ值：

    （I）；

其中信道质量值表示节点和父节点之间一跳数据传输的成功率，CQ是预测当前的全局信道质量值, CQ_pre代表之前已经获得的全局信道质量值， 是最近十次数据传输成功率的平均值，和均为可调节的常数因子且满足；当进行下一轮预测开始时, CQ_pre取当前的CQ值参与运算,依次进行后续信道质量值的预测。

7. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（3）中候选父节点列表中每一个候选父节点按式（II）计算它的NC值：

     （II）；

其中HOP表示节点到Sink 节点的跳数，HOP_max表示整个WSN中各节点到Sink节点的最大跳数。

8. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（4）中链路可靠性LR值通过式（III）进行计算：

   （III）；

其中的LR用来衡量节点选择某条无线链路发送数据至Sink节点时的链路可靠性，它由当前的信道质量CQ和节点性能NC共同决定；Q_max代表信道质量的理想最大值，k₁和k₂表示信道质量的高低的两个阈值，为调和常数因子；综合路由尺度通过式（IV）进行计算：

            （IV）。

9. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（5）中当节点要发送数据时，从父节点候选列表中选择RS最小的节点作为此次数据发送的父节点，并监控此次数据发送状态。

10. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（5）中节点在候选父节点之间是否进行频繁切换通过路由切换敏感因子来判断；当满足式（V）时进行路由切换，否则不进行路由切换：

                    （V）；

其中的称为路由决策灵敏度，是介于0和1之间的一个小数。