[发明专利]基于Dijkstra的无线传感器网络分簇路由协议

说明书

本发明公开基于Dijkstra的无线传感器网络分簇路由协议。发明首先从覆盖率出发，提出了信息完整性、有效性和冗余性的定义公式以衡量网络所获信息的服务质量，然后介绍了一种基于2重覆盖的节点部署策略；接着，为了满足簇首分布的均匀性，本发明构建了分区化簇首选取机制；最后，本发明优化了Dijkstra算法，以减小其计算复杂度，并将其运用于簇间路由机制的构建过程。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种结合Dijkstra算法实现簇间路由的高服务质量的无线传感器网络分簇路由协议。

背景技术

作为21世纪产生巨大影响力的技术之一，无线传感器网络(WSN)融合了无线通信、传感器技术等先进技术，有效地实现了人类社会与物理世界之间的交互，对社会进步产生了深远的影响。目前，它在军事国防、环境监测和智能家居等方面具有广泛的应用。作为WSN基本组成单元，传感器节点一般由干电池供电，一旦电池能量耗尽，便意味着该节点死亡，便不能参与后续的数据运转工作。同时，这些节点若放置在恶劣环境中，更换电池也会变得不切实际。因此，如何有效降低传感器节点能耗以进行长时间的运作成为了研究热点。

此外，在现实生活中，WSN经常会面临这两方面的问题：(1)监测区域内往往会存在一些具有关键性作用的监控目标点，相比较其他点，这些点往往具有更高的覆盖需求。因此，对于这些点，我们需要在它们周围布置更多的传感器节点，以满足其覆盖需求重数。(2)随着WSN的持续工作，距离基站BS较远的簇首节点往往会由于较远的传输距离而过早发生死亡。因此，如何构建簇首之间节能可靠的信息传输路径，也是延长网络生命周期的关键所在。

针对以上方面的问题，本发明首先从覆盖率出发，提出了信息完整性、有效性和冗余性的定义公式以衡量网络所获信息的服务质量(QoS)，然后介绍了一种基于2重覆盖的节点部署策略；接着，为了满足簇首(CH)分布的均匀性，本发明构建了分区化簇首选取机制；最后，本发明优化了Dijkstra算法，以减小其计算复杂度，并将其运用于簇间路由机制(I-CRM)的构建过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高服务质量的无线传感器网络分簇路由协议，该协议可以很好地减少与平衡传感器网络中各节点的能耗，延长网络的生命周期，获取更高质量的信息数据，具有较强的鲁棒性，可以应用于大规模环境监测工程中，有较高的应用价值和市场前景。

本发明无线传感器网络分簇路由协议包括以下步骤：

步骤一、在覆盖需求重数为2的监测区域中构建蜂窝网络，然后在网格左上、右上和中下顶点处布置传感器节点，完成1-覆盖的节点部署，最后在网格中心顶点处布置传感器节点，完成2-覆盖的节点部署；基站(BS)部署在监测区域的中心；

步骤二、为平衡能耗，以基站为中心，将监测区域分为四个小区域，分别在各自的小区域中选出剩余能量占前25％的节点作为簇首，并统计存活节点数目，记为m。剩余能量的获取为现有成熟技术。

步骤三、步骤二得到的所有簇首向周围的普通节点发送广播，后者根据接收信号的强度，依次加入最强信号所从属的簇中，并通知相应的簇首，完成簇的建立。

步骤四、所有簇首为其所在簇的成员节点创建相应的TDMA时刻表，并以(NodeNO.1,Time Slot 1；Node NO.2,Time Slot 2；……)的形式将一则名为Schedule_Msg的控制消息发送给它的成员节点。

步骤五、计算每个簇首节点到其他簇首节点之间的各权值，计算公式如下：