[发明专利]一种基于人工势场的无线传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于人工势场的无线传感器网络路由方法。

背景技术

无线传感器网络具有部署灵活、扩展方便、价格低廉等优点。然而传感器节点一般是由电池供电，因此能量是影响无线传感器网络性能的关键问题。路由是选择数据包从信源节点到目标节点的转发路径，并决定数据包在路径上如何转发的方法。无线传感器网络的路由方法需要特别注意节能特性。人工势场概念最早由Khatib在文献“Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots[J].The international journal of robotics research,1986,5(1):90-98”中提出，应用于足球机器人避障路径规划。其基本思想是构造目标位姿引力场和障碍物周围斥力场共同作用的人工势场，搜索势函数的下降方向来寻找无碰撞路径。

文献“伪三维的地理位置无线传感器网络路由算法，《计算机工程与应用》，http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20121121.1100.012.html”公开了一种基于地理位置信息的无线传感器路由方法。文献中所提出的路由方法在空间三维电子地图上进行离散取点，计算相邻点之间的空间欧氏距离，将相邻关系映射到二维平面上，然后运用最短路径计算方法，计算出地图表面这些离散点之间沿起伏地势的近似最短路径。传感器节点根据自身地理位置，采用一种四点最近定位方法将自身定位到最近的地图离散点，并根据离散点之间的最短距离逼近实际起伏地势上的最短路径，然后寻找邻居节点采样点中距离目标节点采样点路由最短的一个，以该采样点对应的邻居节点作为下一跳，并转发数据，直至将数据传到目标节点。文献所介绍的无线传感器网络路由方法存在如下问题：计算最短路径时使用全局地图信息，需要大量的路由开销，计算方法复杂，能耗较大；所选择的路由只是地理位置上的最短，未考虑均衡网络负载功能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术中路由开销和能耗大、路由选择不具备均衡负载功能的问题，本发明提供一种新型的基于人工势场的无线传感器网络路由方法，降低了计算复杂性，避免了大量的路由开销，提高了能效，并且可以起到均衡网络负载功能。

技术方案

一种基于人工势场的无线传感器网络路由方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：初始化阶段：

a）对网络中的汇聚节点进行编码，设置其ID等于1；对网络中的传感器节点进行编码，使它们的ID互不相同且均不等于1，然后所有传感器节点将自己的空洞标志位初始化为“false”；

b）传感器节点通过定位装置获取自身位置坐标P_i(x_i,y_i)，其中x_i、y_i分别为其所在位置点的横、纵坐标值；传感器节点通过电源管理模块读取自身剩余电量V_i；

c）汇聚节点采用泛洪方式广播自身位置坐标P(x₁,y₁)，传感器节点接收汇聚节点的自身位置坐标并存储，计算自己到汇聚节点的距离d_{i_1}：

式中，下标i_1表示从ID为i的传感器节点到ID为1的汇聚节点的距离区间；

d）所有传感器节点向四周广播“hello”数据包，数据包包含自己的ID、位置信息及剩余电量信息；

e）当传感器节点i收到邻居节点j发来的“hello”数据包后，所述的邻居节点为能够直接与本传感器节点互相通信的传感器节点或汇聚节点，传感器节点i取出数据包中的位置信息，记为P_j(x_j,y_j)，计算自己到该邻居节点距离d_{i_j}和邻居节点j到汇聚节点的距离d_{j_1}：