[发明专利]一种可控簇规模的能耗均衡路由方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及无线传感器网络的能耗均衡路由协议

背景技术

无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量廉价的微型传感器节点通过无线通讯的方式形成的多跳自组织网络，主要功能是数据采集及监测，其被广泛的应用于各个领域。一般传感器网络部署区域环境复杂，很难为传感器节点更换电池，在节点电源有限的情况下很容易死亡，尤其是大规模传感器网络需要采集转发大量的数据。在转发数据过程中某些传感器节点负载过大能量消耗过快，最终导致无线传感器网络过早死亡，因此研究能耗均衡的路由协议有重要意义。目前针对WSN路由协议的研究主要有两个方面，一种是链路式路由协议，另外一种是层次路由协议。但是这些协议对于簇首的选举、簇规模控制、簇首间路由缺少研究，无线传感器网络路由研究的主要难点在于节点负载不均衡，容易导致某些节点能量提前耗尽，从而使得传感器网络过早死亡。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述问题提出一种可控簇规模的能量均衡路由协议(CCEBP)。

本发明首先综合考虑节点的剩余能量、节点与邻居节点的链路质量、节点的度选择簇首节点，然后根据节点距离Sink节点的最短跳数控制簇首竞争半径，从而控制簇规模，接着利用虚拟力模型进行普通节点成簇，最后簇首通过多跳路由将采集的数据发送至Sink节点。该协议在簇首选举、簇规模控制和簇首间路由都充分考虑了负载均衡，因此该协议具有较好的能耗均衡性，对无线传感器网络路由研究的主要难点节点负载不均衡的问题具有重要意义。

本发明的一种可控簇规模的能耗均衡路由方法，包括如下步骤：

步骤1：对无线传感器网络中的簇首选举；

簇首选举的意义，簇首的选择对分簇路由协议的影响重大，选择合适的节点出任簇首能够较好的均衡网络能耗延长网络生存时间。簇首的任务是接收簇成员节点的消息并转发给下一跳簇首，因此簇首需要考虑剩余能量，其次簇成员节点会发送大量的数据包到簇首节点，因此簇成员节点与簇首节点之间的链路质量(LQI)要好。最后簇首与簇首之间通讯需要将通讯半径扩大，且成为簇首需要消耗较大的能量，因此簇首的度(簇首候选节点竞争半径内传感器节点的数量)不宜太小，否则会造成能量的浪费。

簇首的选举，考虑簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与其簇成员节点之间的链路质量(LQI)和簇首候选节点的度进行簇首选举。为每个传感器节点建立并储存邻居节点表，如表1所示。

表1邻居节点表

IDE_jRSSI_ijLQI_ij

表1中ID为邻居节点的唯一表示，E_j为邻居节点的剩余能量，RSSI_ij为节点与其邻居节点之间的信号强度，LQI_ij为节点与邻居节点之间的链路质量。根据表1中的相关信息计算每个簇首候选节点的W值，如公式1所示，W值综合考虑了簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与簇成员节点的链路质量以及簇首候选节点度。当簇首候选节点的W值大于其竞争半径内其它传感器节点的W值，则该簇首候选节点出任簇首。