[发明专利]基于蚁群算法的高能效无线传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络路由领域，具体涉及一种基于蚁群算法的高能效无线传感器网络路由方法。

背景技术

无线传感器网络是一个由大量低能耗、小尺寸、有无线通信能力的传感器节点组成的无线自组织网络。这些传感器节点可以通过不同类型的微型传感器节点监控、感知和采集环境数据。自从传感器网络出现后，它已经有了很广泛的应用场景，在军事防御、流量监控、生物医疗、环境监测、紧急救助和灾难救援方面扮演着重要角色。

在传统无线传感器网络中，每个传感器节点高度受限于电池电力。一旦其被部署到感知区域后，节点的电池将很难替换。同时，每个节点传输信息的能力也是受限的，所以如何减小能量消耗成为无线传感器网络研究中的重要问题。在没有能量补充的无线传感器网络中，减小能量消耗的主要方法有：冲突避免，减小开销，增加节点休眠时间和最优化路由等。其中，选择高能效的路由方法是所有方法中最有效的。现存的路由算法有单跳传输，多跳传输，协作MIMO（多输入多输出）单跳传输，协作MIMO多跳传输等。大多数这些方法都是以簇的形式收集数据，并将数据融合后通过不同的传输方法传输给远端基站。

目前较流行的无线传感器网络路由算法有LEACH（低功耗自适应集簇分层型协议）、多跳LEACH、协作LEACH等。LEACH算法随机选择簇头节点并由簇头节点把数据融合压缩后单跳传输给汇聚节点SINK（网关节点），该算法可以使每个节点都有相等的概率成为簇头节点均衡每个节点的负担，簇头节点对数据进行融合可以减小传输数据量进而减小能耗，但是随机选择簇头节点忽视了节点的分布和剩余能量，可能会使形成的簇分布不合理个别节点能量消耗过快。多跳LEACH改进了由于汇聚节点距感知区域过远导致簇头节点单跳传输能耗过大的问题，但是多跳传输会使汇聚节点附近的簇首有大量的数据需要转发导致“热区”问题。协作LEACH使用虚拟MIMO技术可在一定误码率要求下得到更大的分集增益进而减小簇间远程传输的能耗，但其使用簇间单跳传输的方法会使离汇聚节点较远的节点能量消耗过大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有传感器网络路由方法能量消耗不均衡，个别节点死亡过快，簇间远程消耗能量大的问题，提供一种基于蚁群算法的高能效无线传感器网络路由方法，以延长传感器网络的工作寿命。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

基于蚁群算法的高能效无线传感器网络路由方法，包括如下步骤：

（A）成簇阶段：

（A1）对监测区域内的传感器节点进行分簇，在每一轮开始时，先计算每个节点对应的阀值函数T_i，后让每个节点随机生成一个0至1间的数，并让这个数与该节点对应的阀值函数T_i进行比较，若这个数小于该节点对应的阀值函数T_i并且该节点未被标记，则该节点选举自己为临时簇头节点；其中阀值函数T_i的计算公式为：

Ti=kN-k×(rmodNk)×Eremain_iEinitial_i---(1)]]>

式中，T_i为节点i的阀值函数，k为预期簇头节点数，N为总节点数，r为当前网络运行轮数，mod为求余函数，E_{remain_i}为节点i当前剩余能量，E_{initial_i}为节点i初始能量；