[发明专利]WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议

权利要求书

1.WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，其特征在于：网络由N个功能不同的传感器节点和1个sink节点组成，非均匀的分布在2m×2m的场地中，所述路由协议包括以下四个阶段：

一、网络初始化：在网络初始化阶段，sink节点向全网广播hello消息唤醒所有节点，网络中的节点接收到该消息后立即更新sink节点的位置，并根据接收信号强度计算出与sink节点的距离并保存，节点在传输数据时根据与sink的距离大小选择合适的路由方法，节点完成上述工作后，向网络中回复一个确认消息，该消息包括节点的ID、位置、剩余能量信息，初始化阶段结束后，网络中所有节点都知道邻居节点的信息以及sink节点的位置；

二、簇头的选择：选择簇头时，评估候选簇头节点的相对剩余能量E_res(i)和候选簇头节点与sink节点的距离d(i)两个参数，综合两个参数进行簇头的选择，具体为：定义簇头选择函数S(i)，选择函数值最大的节点作为簇头，被选择成为簇头的节点具有剩余能量较多和距离sink节点较近的特点，簇头产生之后会形成一个簇头集合S-CH，网络中其他节点会自动转为普通节点；

三、节点入簇：簇头节点选择成功后，会在自己的竞争半径R_i内向周围的网络中广播消息，宣布其当选为簇头的Head-ACK消息，在该通信范围内的其他节点接收到该消息后会储存这些信息并形成一个簇头信息表，然后等待加入合适的簇群；

四、数据传输：经过以上三个阶段后，网络被分成了非均匀分布的簇群，然后开始数据的传输，具体的数据传输分为两步：簇内数据传输和簇间数据传输；簇内数据传输采用一跳路由的方式，簇内成员将采集到的信息直接发送至簇头节点，减少多跳带来的传输延迟和可能的数据丢失；簇间数据传输将采用多跳的方式，其中下一跳节点在簇头集合S-CH中产生，减少距离sink节点较远的簇头直接传输产生的巨大能耗。

2.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，其特征在于：所述节点i的剩余能量E_res(i)计算如下：

其中，E₀(i)为节点的初始能量，t表示网络开始时间，n表示网络生存时间，Etx(t)为发送数据消耗的能量，Erx(t)为接收数据消耗的能量，E_C(t)为数据融合消耗的能量，只有簇头节点执行数据融合功能会计算该部分能量，一般节点没有数据融合功能，默认该值为0。

3.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，其特征在于：所述节点与sink节点之间的距离d(i)计算方式如下：

其中RSSI(d)和RSSI(d₀)分别为接收端和发送端之间距离为d和d₀接收到的接收信号强度值；n是路径损耗指数；X_σ是零均值的高斯随机变量。

4.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，其特征在于：所述节点的入簇条件除就近原则外，还有：

(1)若节点当前保存的簇头信息表中只有一个簇头时，则直接向该簇头发送入簇的请求，由簇头同意后加入该簇群；

(2)若当前节点保存的簇头信息表中有两个或多个簇头信息时，除考虑就近原则之外，还要考虑簇头节点的剩余能量、当前簇内成员的数量参数，其选择函数S·F(i)的计算方法为：

选择S·F(i)值最大的节点入簇。

5.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，其特征在于：所述簇间数据传输时下一跳节点的选择方法为：构造一个多参数的代价函数，计算簇头集合中节点的函数值，选择函数值最小的簇头成为最佳下一跳节点，该代价函数为：

其中Tem(i)、d(i)、CH(i)和E_res(i)分别表示候选下一跳节点的当前温度、与sink节点的距离、簇的大小和剩余能量参数，最佳下一跳节点的簇头具备温度较低、距离sink节点较近、簇内成员较少以及剩余能量较多的特点。