[发明专利]基于网络区域划分和距离的节能分簇路由方法

说明书

基于网络区域划分和距离的节能分簇路由方法。针对无线传感网络“热点”问题，本发明提出一种基于距离和网络区域划分的非均衡分簇协议(UCNDD)，在UCNDD算法设计中，采用网络区域划分与分簇相结合的算法，首先定义一个以基站为圆心的环形节点临域，根据距离基站的节点距离将网络划分，临域节点仅作为与基站联系的节点，其余范围的节点，执行优化的分簇路由协议，采用定时机制建立簇，并设定节点不同的竞争半径，使整个网络呈现不均等的分簇，在发送信息路径选择上，亦综合考虑了簇头节点的能量，距离及节点度信息，来选择下一跳节点。通过两种机制相结合的方式，在所适用的区域，能更好的平衡整个网络的能量消耗，延长网络的生存周期。

【技术领域】

本发明属于计算机应用与物联网结合的技术领域。

【背景技术】

无线传感网络是由大量的微传感器节点组成的，它们被部署在指定的区域，通过单跳或多跳的方式自组织的形成一个无线通信网络系统，这种系统被广泛应用于各种物理环境中监测数据，尤其是恶劣的或特殊的人们无法接近的环境中正常工作。

那些微传感器节点容易部署，但也由于能量有限的缺点，严重制衡了无线传感网络的应用与发展。因此在许多无线传感网络系统的研究中，如何延长网络的生存时间，均衡网络能量消耗称为重要的目标，许多学者对更加节能的网络拓扑构造、路由算法及协议设计进行了大量研究，多种机制被应用于无线传感网络的节能策略中。其中，采用基于分簇的层次型路由算法相对于平面路由算法有更好的适应性和节能性。分簇算法是将传感器网络的节点划分为不同的簇，每个簇中有一个簇首节点，簇中的其余成员节点将信息发送给簇首节点并由簇首节点进行数据的融合和转发，如图1所示。其中，簇首的选择是分簇算法的关键，如何通过簇首的选择来形成高质量的簇从而降低节点能耗的研究有着重要的意义。

在基于分簇的层次型路由协议中，比较典型的分簇路由协议有LEACH，LEACH-C，HEED等，LEACH协议中，根据设定的概率值选择簇头，并且簇头实行周期轮换，形成相同大小的簇，传递信息时，簇头节点将信息直接单跳发送到基站，能耗性和均衡性方便都较差；HEED是一种使用固定簇半径的分簇协议，协议通过两个主次参数来选举最终簇头，并实行多跳通信的机制。

在这些典型层次路由算法中，由于区域内的所有节点都在向基站方向发送信息，所以在假设区域内监测事件发生概率相同的情况下，所有节点的信息总是会通过距离基站较近的节点发送给基站，这样就会使得基站附近的节点能量消耗要比远离基站的节点快，从而造成能量消耗严重不均衡，在基站附近，节点形成能量空洞，即WSN的网络“热点”问题，当这部分节点能量耗尽后，距离远的节点不得不加大通信功率与基站联系，从而造成更大的能量消耗，加速网络的死亡。

网络模型：网络具有这样的特征：所需要监测的为一个AreaM×AreaM的方形区域，所有节点随机均匀分布在该区域内，该网络只有一个基站，且在监测距离外一定距离，基站具有足够的能量。

区域内传感器节点数量为n，每个节点的唯一标识为N_i。

假设传感器节点具有以下特征：

(1)区域中的节点都是静止不动的；

(2)节点都有唯一的标识ID；

(3)每个节点具有相同的初始能量和通信能力及计算能力；

(4)节点可以根据通信距离调整传输功率；

(5)网络环境通信良好，传感器节点可以根据接收能量判断传输距离；

(6)节点不具备位置感知能力，不具有GPS等位置感知装置；

则网络中所有节点的集合为V，V＝{N_i|1≤i≤n}。