[发明专利]一种无线传感器网络中能耗均衡的簇间多跳路由控制方法

说明书

本发明涉及一种无线传感器网络中能耗均衡的簇间多跳路由控制方法，其特征是：在无线传感器网络中，推导了簇头节点间的协作不等式关系，同时考虑了簇头节点间协作的顺序和协作竞争关系，从而设计了一种能耗均衡的簇间多跳路由控制方法。本发明的优点在于：比DCEM算法在网络总能量消耗和存活节点个数上具有优势，可以更好地延长网络生命周期。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中能耗均衡的簇间多跳路由控制方法，可用于在无线传感器网络中求解能耗均衡的簇间路由，以达到延长网络生命周期的目标。

背景技术

无线传感器网络由部署在监测区域内大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成一个自组织的网络系统，其目的是相互协作地感知、采集和处理监测区中感知对象的信息，并发送给观察者。依据拓扑结构的不同，无线传感器网络的路由协议可以分为平面路由协议和分簇路由协议。由于平面路由协议扩展性差网络规模小，应用受到局限。而分簇路由协议拓展性、容错性和节能等方面表现优异从而应用广泛。

无线传感器网络中，分簇算法的簇头选举机制主要有以下几种。LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)和TEEN(Threshold sensitive EnergyEfficient sensor Network protocol)算法的簇头选举是节点随机生成0-1的随机数，只要大于阈值就可以成为簇头，阈值是通过簇头选举概率和网络当前运行的轮数计算出来的。该方法缺点为簇头选举完全随机，不能保证所选择簇头最为合适，没有考虑节点的能量和位置信息，簇头数目没有实际的理论依据求出。LEACH-C(Low-Energy AdaptiveClustering Hierarchy Centralized)算法的簇头选取不是随机的，而是完全由基站控制。基站通过收集全局性的节点位置和能量信息，计算出网络中的能量均值，利用模拟退火算法进行分簇，并且为各个簇选择簇头。该方法缺点为只适用于小规模系统，遇到大规模网络泛洪将会导致消耗很多能量甚至是网络阻塞；HEED(Hybrid energy efficientDistributed Clustering)算法是依据节点的剩余能量，节点到邻居节点的临近度和节点密度，通过多次迭代计算确定簇头。该方法的缺点为循环迭代选取簇头消耗能量大。

在成簇方式方面，HEED(Hybrid Energy Efficient Distributed Clustering)算法，节点根据接收到的簇头消息中携带的AMRP(Average Minimum Reachability Power)平均可到达能量，来决定加入哪一个簇，这解决了一个节点同时被多个簇头覆盖后最终加入哪个簇的问题。没有收到簇头消息的节点认定自己为“孤立节点”，并声明自身为簇头。缺点为会产生孤立节点，而且没有考虑邻居节点到簇头节点的距离因素，网络中大簇较多，容易造成网络的某些节点死亡过快，从而影响网络的稳定性。

在簇间路由方面，TEEN(Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol)算法，通过硬和软两个阈值决定节点间的通信。上一级节点向下一级节点广播硬和软两个阈值，用于决定该节点向上一级节点发送数据的条件，即当传感器节点感知的数据第一次超过硬阈值时，节点向上一级节点发送数据，并保存该监测值；之后只有当感知数据超过硬阈值且与监测值之差大于或等于软阈值时，节点才会上传数据给上一级节点，并保存新的监测值。缺点：如果感知数据没有达到阈值，节点间不会进行通信，用户不能从该网络获取任何数据，也无法判断节点是己经失效，还是阈值设定出错。