[发明专利]无线传感器网络分簇多跳路由协议

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分簇多跳路由算法。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.路由协议的任务是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，从而可靠地传递数据。由于传感器网络是资源受限的网络，因此路由协议的设计不能太复杂，不能在节点上保存太多信息，节点间不能交换太多报文，等等。为有效完成上述任务，已有的很多路由协议大都利用了以下特征：

(1)由于传感器网络中节点众多，无法为每一个节点建立一个能在网络中唯一区别的标识，因此传感器节点按数据属性寻址，而非传统的基于IP的寻址；

(2)无线传感器网络需要从多个源节点向一个汇节点传送数据；

(3)原始监测数据中有大量冗余信息，路由协议往往合并数据，减少冗余性，进而降低能量消耗和发射功耗；

(4)传感器节点的传输能力、能量、处理能力和内存都非常有限，同时网络又具有节点数量众多、动态性强、感知数据量大等特点，所以需要很好地对网络资源进行管理。

无线传感器网络路由协议和传统网络路由协议最大的不同就是高度的应用相关性，因此，没有最好的路由协议只有最合适的协议，设计者应该根据不同的应用场合选择、设计合适的路由协议，下面列出了在不同应用场合之下协议的设计要求：

(1)针对能量高度受限的特点，高效利用能量几乎是设计的第一策略；

(2)针对包头开销大、通信耗能、节点有合作关系、数据有相关性、节点能量有限等特点，采用数据聚合、过滤等技术；

(3)针对流量特征、通信耗能等特点，采用通信量负载平衡技术；

(4)针对节点少移动的特点，不维护其移动性；

(5)针对网络相对封闭、不提供计算等特点，只在汇聚节点与其他网络互联；

(6)针对网络节点不常编址的特点，采用基于数据或基于位置的通信机制；

(7)针对节点易失效的特点，采用多路径机制。

在实际应用中，往往难以兼顾上述所有的设计目标，因此对于具体的无线传感器网络应用，应针对具体的要求对整体设计进行各方面的权衡，以实现网络效用最大化。

发明内容

发明目的：针对大型固定场所中分布的同质高密度静态无线传感器节点所组成的无线传感网络，本发明提出了一种基于虚拟网格的分簇多跳路由协议。

技术方案：为了实现上述目的，本发明使用以下技术方案：

一种无线传感器网络分簇多跳路由协议，具体如下：

(1)根据传感器节点的物理位置信息和无线收发器的工作半径，将传感器节点划分到相应的大小相等的正方形虚拟网格之中，每个虚拟网格即为一个簇；

(2)传感器节点根据自己的地理位置信息，判断自己所属的簇，同一网格之中的节点可以相互获取信息，形成邻居表；

(3)在每一簇中拥有两种角色：簇头和终端设备，每一同质节点都能够根据一定的机制在这两种角色之间切换。每个簇中要选举出一个簇头节点，用于接收其他节点的数据，所有簇头节点采集的数据的最终目的地为汇聚节点。

(4)在网络运行过程中，簇头节点只工作有限的时间，超时后动态重新选举簇头，以达到尽量延长网络寿命的目的。

(5)汇聚节点可以发起查询命令，簇间根据最小路径代价和簇头的剩余能量在簇头节点之间建立路由表。

(6)当网络中的传感器节点采集到应用相关的数据后，沿着建立的最小代价路径反向路由至汇聚节点，并使用piggyback机制更新当前的路由代价，实时修改路由表。

进一步地，所述(1)中假设每个虚拟网格的边长为r，相邻网格中的节点距离不能超过节点传输距离R，既有：

r²+(2r)²≤R²或

每个虚拟网格中的节点形成网络中的一个簇，每个簇都有唯一的簇编号，由于节点已知其物理位置信息，因此在设定虚拟网格的尺寸之后，每个节点可以根据自身的物理位置计算出其所在的簇编号，簇编号由两个字节组成，第一个字节为簇的X轴编号iX，第二个字节为簇的Y轴编号iY，iX和iY由以下公式获得：

r≤R5]]>