[发明专利]一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法

说明书

本发明公开了一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，包括：在簇首选举阶段，每个节点根据相对剩余能量以及与汇聚节点之间的距离设置竞选簇首的时间，时间越小成功竞选概率越大；在成簇阶段，节点根据保存的簇首信息，选择加入距离最近且通信半径更大的簇；在多跳路径建立阶段，基于相对剩余能量、能量开销指标，簇首节点构建基于最小生成树的最优多跳路径。上述狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，在其中每一个路由阶段都可以更有效的传输数据，提高网络传输效率和节点负载均衡性，从而能够均衡各节点能耗和延长网络生命周期。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络通信方法领域，具体是一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量体积微小、价格低廉的传感器节点通过无线通信方式形成的新型自组织网络。与传统的无线多跳网络相比，无线传感器网络协作地感知、采集和处理监测区域中所感知对象信息，使得监控中心能够及时的获取事件信息。被广泛应用于军事国防、环境监测、工业监控、家居智能、抢险救灾等领域。

传感器节点通常由电池供电，且常用于环境复杂多变的场景，导致二次电能补充非常困难，又由于受到体积、成本和功耗等因素的影响，导致其计算、存储和能量均受到限制。因此如何在网络资源有限的情况下，有效地均衡节点能耗和延长网络生命周期是一个非常重要的任务。

路由技术作为WSNs的关键技术之一，对均衡节点能耗、延长网络生存时间、提高通信可靠性等起决定性作用。一般路由协议分为两类：平面类型和分层类型。由于分层路由能够更好的管理节点，能显著降低数据延迟，提高带宽利用率，有效延长网络生命周期等，相比之下具有更好的扩展性和适用性，得到了国内外学者的广泛研究。

针对狭长拓扑这一场景，以往的分簇路由存在以下不足：1)都是基于局部的随机竞选，且参数选取复杂，需要不断地广播信息，增加了算法的复杂性和控制开销；2)针对狭长拓扑应用，以往分簇路由很难保证簇间路由数据传输的能耗最优。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，提供一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，在此方法中，每个路由阶段都可以更有效的传输数据，更好的均衡节点能耗和延长网络生命周期。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，用于狭长拓扑的多个无线网络传感器节点的路由通信，其特征在于：以相对剩余能量、能量开销指标为参数，簇首节点构建基于最小生成树的最优多跳路径，具体过程如下：

(1)、在簇首选举阶段，每个节点根据相对剩余能量以及与汇聚节点之间的距离设置竞选簇首的时间，时间越小成功竞选概率越大；

(2)、在成簇阶段，节点根据保存的簇首信息，选择加入距离最近且通信半径更大的簇，构建非均匀半径簇；

(3)、在多跳路径建立阶段，基于相对剩余能量、能量开销指标，簇首节点构建基于最小生成树的最优多跳路径。

所述的一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，其特征在于：步骤(1)中，簇首的选举是一种基于定时器的选举方法，其过程如下：

(1.1)、每个节点根据自身信息计算通信半径为：

式中，R_i为节点i的通信半径；d_max为节点到汇聚节点的最大距离；d_min为节点到汇聚节点的最小距离；d(i,DS)为节点i到汇聚节点的距离；R₀为预先设置的最佳半径；c取值为0～1，用于控制R_i大小的参数；

(1.2)、每个节点根据相对剩余能量以及与汇聚节点之间的距离设置竞选簇首的时间t(i)，时间越小成功竞选概率越大，如下式所示：