[发明专利]一种能量感知型分布式分簇路由协议设计方法

说明书

本发明提供了一种能量感知型分布式分簇路由协议设计方法，适用于基于太阳能的能量采集型无线传感网。本方法包括：采集网络中各传感器节点在设定时间段内采集的太阳能能量，建立太阳能预测矩阵；训练太阳能预测模型，太阳能预测模型为一个具有n+k个输入节点和1个输出节点的神经网络；将太阳能预测模型运用到分布式分簇路由协议中，在建立阶段，节点以P(i,d,r)的概率选取自身作为簇首；簇首向所有非簇首节点发布广播信息，每个非簇首节点以到达簇首需要消耗的通信能量最少为标准决定本轮要加入的簇。本发明使得剩余能量和预测能量高的节点有更高的几率成为簇首，有更强的均衡网络节点能量消耗的能力，同时能够提高网络的吞吐量。

技术领域

本发明涉及能量采集型无线传感网路由协议设计领域，尤其涉及一种能量感知型分布式分簇路由协议设计方法。

背景技术

无线传感网被广泛地应用到环境监测，工业控制和跟踪等领域。近些年来，能量采集型无线传感网由于其能够突破传统无线传感网电池容量的限制而得到广泛关注。由于能量采集型无线传感网的许多特性(例如节点能量分布不均衡，无限的能量供应，对环境敏感等)，传统无线传感网中原有的路由协议已不再适用。为能量采集型无线传感网设计适用的路由协议是本发明的研究背景。

在能量采集型无线传感网的分簇路由协议设计中，如何精确预测节点的采集能量是要解决的关键问题之一。通过预测节点的采集能量，提高选择有较强采集能力的节点做簇首的概率，同时降低选择有较弱采集能力的节点做簇首的概率，进而达到平衡节点能量消耗，提高网络性能的目的。基于太阳能的能量采集型无线传感网是应用最广泛的一类能量采集型无线传感网。而太阳能辐射在时间上的相关性也为对节点采集特性的预测提供了可能。

本发明考虑基于太阳能的能量采集型无线传感网中的分布式分簇路由协议设计问题。如何对节点采集的太阳能进行预测，改进现有协议使之适用于能量采集型无线传感网是本发明的关注点。针对太阳能预测，前人已经提出了很多预测模型，但是很少有人将预测模型运用到无线传感网的路由设计中。

发明内容

本发明的目的是为能量采集型无线传感网提出的一种能量感知型分布式分簇路由协议设计方法，通过构建一个基于神经网络的太阳能预测模型，使每个传感器节点具有预测自身短期内采集能量的能力，而预测能量将被用到选择簇首的过程中。通过本发明方法使得剩余能量和预测能量高的节点有更高的几率成为簇首，有更强的均衡网络节点能量消耗的能力，同时能够提高网络的吞吐量。

本发明提供的能量感知型分布式分簇路由协议设计方法，实现步骤如下：

步骤1，采集网络中各传感器节点在设定时间段内采集的太阳能能量，建立太阳能预测矩阵；

太阳能预测矩阵中，每一列代表一天中的不同小时，矩阵的每一行代表不同的天；标记节点i在第r轮中第d天采集的太阳能能量为E_harv(i,d,r)，标记节点i在第r轮中第d天的预测能量为E_pre(i,d,r)；

对于给定的天数和轮数，节点i在第r轮中第d天的预测能量E_pre(i,d,r)表示为节点i在第r轮中当天之前n天采集的太阳能能量和之前k轮中第d天采集到的太阳能能量的函数f_ANN，表示为：

E_pre(i,d,r)＝f_ANN(E_harv(i,d-1,r),E_harv(i,d-2,r),...,E_harv(i,d-n,r),

E_harv(i,d,r-1),E_harv(i,d,r-2),...,E_harv(i,d,r-k))

函数f_ANN中，包含n+k个参数。