[发明专利]无线传感器网络节能路由

说明书

技术领域

本发明涉及的是用于无线传感网络中的一种节能控制路由算法。属于无线传感网络路由控制算法技术领域。

背景技术

无线传感器网络目前已经成为无线通信网络的研究热点之一。而网络中数据的传输离不开路由协议，传统的IP网络和无线Ad hoc网络路由协议并不适用于无线传感器网络。同时，由于无线传感器网络中传感器节点自身的计算处理性能、存储性能以及通信能力等十分有限；节点所携带的电池能量有限，且其往往处于非常恶劣的环境下，使其难以得到二次更换；节点能量一旦耗尽，将会失去使用价值。所以研究与设计一个能够平衡整个网络的能耗、有效使用节点的能量、延长整个网络生命周期的节能路由协议，对无线传感器网络来说是非常必要的。

目前无线传感器网络的路由协议主要分为节点静止和节点移动的路由协议。在节点静止的无线传感器网络中，传感器节点通信能力有限，数据传输通常采用多跳的方式进行，所以距离sink节点越近的节点能量消耗越快，更容易出现热点效应。而节点移动的无线传感器网络路由协议可以有效的减小路由路径的长度、减少了数据传输时延，改变网络中的流量分布，平衡了网络中带宽资源和能量资源，并减轻了传感器节点的转发负担，降低其能量消耗，延长了网络的生存时间。

发明内容

针对现有移动路由算法能量消耗大、不均衡，网络成本较高等缺点，发明了无线传感器网络节能路由(MEERP，Mobile Energy-Efficient Routing Protocol)。

本发明的设计方案主要思想如下：

1.网格的划分

网格的划分过程是指利用传感器节点的地理位置信息，把WSN的监测区域划分成固定的大小相等的正方形区域并为其编号，每一个区域即为一个簇，在网络的整个工作过程中，簇的位置、大小以及簇内节点保持不变。这个过程主要是根据网络监测区域的大小、节点的数目、节点当选簇头的概率等因素来确定网络的最优网格个数。

网络被划分为相应个数的单元格，并为单元格进行编号，每个单元格即为一个簇，i和j为簇的编号。节点根据自己的地理位置信息判断自己属于哪个簇。设节点的坐标为(x，y)，单元格的边长为r，若r*(i-1)≤x≤r*i，r*(j-1)≤y≤r*j，则该节点属于簇(i，j)。

2.簇头的选举

网络被划分为区域之后，同一区域内的节点要根据节点的剩余能量与节点到重心坐标距离的加权和选举簇头。在MSEERP协议中，传感器节点可处于三种状态：侦听状态、活动状态和睡眠状态。

在分簇完成后，所有的传感器节点都处于侦听状态；每个簇内节点开始竞选簇头，如果竞选成功，节点进入活动状态，并且广播成为簇头的消息，簇内其它节点接收到簇头的消息后发出一个响应消息；如果节点竞选失败，则进入睡眠状态。

首先要根据每个区域中各个节点的坐标计算出该区域的重心坐标，具体计算方法见公式(1)。

xg=1NΣi=1Nxi,yg=1NΣi=1Nyi---(1)]]>

节点的加权和f_j计算方法见公式(2)。

f_j=αE_j+(1-α)／d  α∈(0，1)   (2)其中，α为加权系数，E_j为节点的剩余能量，d为节点到重心坐标的距离。