[发明专利]上下文相关的非均匀分簇路由算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非均匀分簇路由算法，尤其涉及一种上下文相关的非均匀分簇路由算法。

背景技术

近几年国际上对“物联网”的高度关注，“物联网”被誉为继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命，成为未来科学的制高点。掀起了研究和应用的热潮，2006年，我国把WSN作为重大专项、优先发展主题、前沿领域被列入《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020)》。2009年美国将物联网和新能源列为振兴经济的两大重点，并首次提出“智慧地球”这一理念，同年中国提出“感知中国”，并将物联网正式列为国家五大新兴战略性产业之一，并写入“政府工作报告”，引起全社会的极大关注。

和传统的互联网相比，物联网具有广泛应用的感知技术、建立在互联网上的泛在网络、智能处理和实时控制等鲜明的特征。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品和网络的互连，方便识别、管理和控制。而无线传感器网络既是“物联网”的高级应用，又是其中不可或缺的关键技术。

无线传感器网络(WSN)综合了传感器技术、微电子技术、嵌入式技术、无线通信技术和分布式信息处理技术，能够协同地实时监控、感知和采集被监测对象的信息，通过数据融合和处理后，传送给需要这些信息的用户，从而实现远程实时监控。无线传感器网络具有以下特点：有限的节点能量、无线自组织网络、低功耗低成本部署、以数据为中心和应用相关性。因此，针对不同的应用需求，开发相应的通信协议成为了当前研究的热点和难点。

利用现有能源延长网络的生命周期是无线传感器网络关键技术之一。将节点组织成簇的形式可以有效地减少网络的能耗。分簇算法是无线传感器网络中实施分层路由所采用的重要方法。WCA是针对Ad Hoc网络提出了一种考虑多种因素组合的加权分簇算法。但该算法针对AD Hoc网络，选取参数比较困难。在无线传感器网络的分簇算法中，最具代表性的是低功耗自适应分簇路由协议(LEACH)。尽管它与一般的平面多跳路由协议相比，可以将网络生命周期延长15%，但是，期望的网络簇头占所有节点的比例决定了每轮分簇数目。在实际应用中，该最佳比例的确定是十分困难的，这与网络规模和节点密度有关，通常取固定数5%或10%。在HEED分簇算法中，簇头的选择主要依据主、次两个参数，主参数是剩余能量，具有较多能量的节点以较大的概率成为簇头；次参数是簇内通信代价。实验表明，HEED的分簇速度快，能产生分布基本均匀的簇头和合理的网络拓扑。但该算法各节点能耗不均衡，路由策略能量不够优化。

由于无线网络中分层路由的特点，靠近基站的节点会承担更多的数据传输，因此，能量消耗更快，从而导致靠近基站的区域的节点死亡的更快，我们成这个现象为能量空洞。针对这个现象分均匀分簇路由算法（EEUCR）提出了一种基于竞争半径的分簇策略，缓解了这一现象。但是EEUCR的分簇算法仍然使用随机选择的方法，没有考虑局部信息，这使得分簇效率不够优化。其路由算法使用的探测回应模式，这明显不是一种稳定高效的路由算法。

因此需要一种既可以平衡网络能量消耗又可以延长网络生存时间的分簇路由算法来解决上述的问题。

发明名称：基于不均匀分簇的无线传感器网络拓扑控制方法，申请号：200810035214，该专利的分簇阶段，虽然使用了非均匀分簇，具体信息交换细节专利没有说明，并且选取蔟头是仅仅根据位置而非参照能量；路由阶段，使用反向路由，发送探测帧发现路由，这样做不能确定有效的广播距离，也不能确定发送这个信息以后没有响应，该专利中所公开的的路由协议的稳定性是不够的。并且这个算法对于能量空洞问题只做了分均匀分簇处理，路由方面没有做处理，所以对于靠近基站的蔟头能量消耗是非常快的，并且，蔟头的更换只是按照位置信息，这样能量均衡是不够的，不能保证整个路由的连通性。

发明名称：一种无线传感器网络路由方法，申请号：200910039496，该专利中：1.分簇的时候产生随机数与阈值T比较来决定是否成为蔟头，但是蔟头的形成是完全随机的，因此分簇方法存在弊端，不能将能量和位置等信息综合起来考虑；2.路由算法明显的能量消耗不均匀，，所有的到基站的数据都要经过主蔟头，并且只是使用这一个标准，重复的使用一条链路，很容易造成部分节点的过早死亡，而且还需要试探能量消耗。