[发明专利]基于能量均衡的非均匀分簇多跳的无线传感网络路由协议

权利要求书

1.一种无线传感网络数据传递方法，其特征在于，步骤如下：

首先，根据各节点剩余能量、各节点到基站的距离以及各节点之间的距离选举簇头，没有成为簇头的节点分别选择加入到与其距离最近的簇头所在的簇中；

然后，簇头根据其剩余能量、其到基站的距离构造基于最小生成树的最优传输路径，从而找出最佳的下一跳转发簇头；

最后，各节点通过簇内节点单跳、簇头间多跳的通信方式将数据传输给基站；

选举簇头的方法如下：

步骤1.1、基站向全网广播一个分簇信号，所有节点根据接收到的信号强度计算其到基站的距离，然后根据下式确定各节点的竞选半径：

其中，R_i表示第i个节点的竞选半径；N(i)表示第i个节点的邻节点数；d(i,Bs)表示第i个节点到基站的距离；d_max表示各节点中与基站最远的距离；d_min表示各节点中与基站最近的距离；ω为调节因子；R_max表示无线传感器网络预设的最大通信半径；中间参数其中E_r表示第i个节点的剩余能量，E_o表示第i个节点的初始能量；

步骤1.2、各节点在竞选半径R_i范围内广播竞选消息，该消息包括各节点的ID和剩余能量E_r；

步骤1.3、各节点收到来自其他节点的竞选消息后，根据接收到的信号强度计算两节点之间的距离，并根据下式将满足条件的其他节点加入到其邻居节点表中，

d_ij≤max(R_i,R_j)

其中，d_ij表示第i个节点与第j个节点之间的距离，R_j表示第j个节点的竞选半径；

步骤1.4、各节点按照下式计算出自身的簇头竞争时间，

其中，t为簇头竞争时间，T为预定的各节点竞争簇头的持续时间；α为能量调节因子；β和γ为距离调节因子；E_avg为邻居节点的平均剩余能量；E_r表示节点剩余能量；d_avg为各邻居节点与第j个节点的距离的平均值；d_i表示第i个节点到基站的距离；

步骤1.5、基站广播簇头选举信号，各节点接收到簇头选举信号后，启动自身时钟开始计时并监听其他节点的广播信号；若节点在本身的簇头竞争时间t到来之前接收到其他节点竞选成功的消息，则该节点广播其竞选失败的消息，并退出簇头竞选；若节点收到其他节点竞选失败的消息，则把该节点从邻居表中删除；若节点在本身的簇头竞争时间t到之后还没有收到其他节点竞选成功的消息，则该节点在竞选半径内广播其自己竞选成功的消息，并成为簇头。

2.如权利要求1所述无线传感网络数据传递方法，其特征在于，簇头建立一个包含若干个时隙的TDMA调度表为簇内各节点分配数据传送的时隙，然后把TDMA调度表发送给簇内各节点；簇内各节点在分配给自己的时隙内将采集的数据传送给簇头。

3.如权利要求1所述无线传感网络数据传递方法，其特征在于，若簇头到基站的距离小于门限距离，则该簇头直接发送数据到基站；否则，该簇头寻找最佳的下一跳转发簇头，并将数据路由到该最佳的下一跳转发簇头。

4.如权利要求1所述无线传感网络数据传递方法，其特征在于，找最佳的下一跳转发簇头的方法为：

4.1根据基站的位置，每个簇头计算出其最佳的下一跳转发簇头的最优位置，假设下一跳转发簇头的最优位置为(x_ideal,y_ideal)，则(x_ideal,y_ideal)的计算如下：

其中，(x_i,y_i)为当前簇头坐标，(x_s,y_s)为基站坐标，d_i为当前簇头到基站的距离，其中，E_te为传输电路能耗；E_ta为放大电路的能耗；E_rx为接收电路能耗；α为常数；

4.2当前簇头广播查询消息到其邻居簇头，收到查询消息的邻居簇头计算其与基站的距离，如果邻居簇头到基站的距离小于当前簇头到基站的距离，则该邻居簇头发送应答消息到当前簇头；

4.3当前簇头收集到所有符合条件的邻居簇头发送的应答消息后，计算所有发送应答消息的邻居簇头到最优位置(x_ideal,y_ideal)的距离，并对各距离进行排序，然后找出与最优位置(x_ideal,y_ideal)距离最小的邻居簇头，如果该邻居簇头的剩余能量在所有发送应答消息的邻居簇头中最大，则选取该邻居簇头为下一跳转发簇头，如果该邻居簇头的剩余能量不是最大，则选择出与最优位置(x_ideal,y_ideal)距离第二小的邻居簇头，如果该邻居簇头的剩余能量在所有发送应答消息的邻居簇头中最大，则选取该邻居簇头为下一跳转发簇头，以此推选出最佳的邻居簇头作为下一跳转发簇头。